N-乙酰-L-半胱氨酸可用作抗氧剂和粘多糖类试剂。有报道称能阻止神经细胞凋亡,但却诱发平滑肌细胞凋亡，阻止HIV复制。可能是微粒体谷胱甘肽转移酶的底物。

用作黏痰溶解药物。适用于大量黏痰阻塞所引起的呼吸阻塞。此外还可用于乙酰氨基酚中毒的解毒。因本品有特殊臭味，服用易引起恶心呕吐。对呼吸道有刺激作用，可引起支气管痉挛，一般与异丙肾上腺素等支气管扩张剂合用，同时配合吸痰器排痰。不宜与金属(如Fe、Cu)、橡胶、氧化剂等接触。不宜与抗生素类药物如青霉素、头胞菌素、四环素等并用，以免降低其抗菌作用。支气管哮喘者慎用。