گلوتامین، پیش‌ساز مهم پورین و پیریمیدین و نیز اسیدهای نوکلئیک بوده و یک ملکول سیگنالی مهم است که اغلب عملکردهای آنابولیکی نظیر سنتز پروتئین، رشد و تمایز سلولی را تحریک و عملکردهای کاتابولیکی نظیر تجزیه پروتئین و آپاپتوز را مهار می‌نماید. اگر مقادیر گلوتامین در عضلات کاهش یابد، تعادل آب و حفظ آن در عضله با مشکل مواجه شده و موجب از دست‌دهی حجم عضلانی خواهد شد.

حفظ هموستاز گلوتامین برای بافت‌ها خصوصا در طی بارداری و شیردهی و رشد بسیارمهم است. در طی بارداری، برداشت بالایی از گلوتامین توسط جفت همراه با سنتز گلوتامین در جفت وجود دارد که منجر به میزان بالای قابلیت دسترسی گلوتامین برای رشد جنین می‌گردد. همچنین، گلوتامین یک منبع انرژی برای تقسیم سریع سلول‌های اپیتلیال مجرای گوارش بوده که تخلیه آن در طی عفونت، استرس و التهاب منجر به آتروفی سلول‌های اپیتلیال روده و افزایش نفوذپذیری روده می‌شود. براساس مطالعات، مکمل‌یاری گلوتامین می‌تواند در درمان سندرم روده تحریک‌پذیر و اسهال مناسب باشد.

بررسی‌ها نشان داده‌اند که کاهش گلوتامین در ایجاد سارکوپنی سالمندی نقش دارد. زیرا سنتز گلوتامین در عضلات اسکلتی با افزایش سن و از دست‌دهی عضلات کاهش می‌یابد. کمبود گلوتامین، آپاپتوز سلولی را تحریک کرده که موجب شروع سارکوپنی عضلانی و مرحله التهابی خواهد شد. بنابراین، مکمل گلوتامین می‌تواند برای افزایش سنتز پروتئین و نیز درمان از دست‌دهی عضلات و کشش عضلانی یا سارکوپنی مورد استفاده قرار گیرد.

علاوه‌براین، میزان گلوتامین در گردش به طور قابل‌توجهی در بیماران مبتلا به دیابت کاهش می‌یابد. مطالعات نشان داده‌اند که گلوتامین یک استراتژی موثر برای بهبود کنترل گلیسمی، افزایش میزان GLP-1 و تحریک ترشح انسولین در بیماران مبتلا به دیابت نوع 2 بوده و ممکن است به عنوان یک ماده ضدچاقی و ضددیابت موثر باشد.

گلوتامین در ورزشکاران نیز که نیازشان به علت تمرین شدید بیشتر است، از اهمیت خاصی برخوردار بوده و می‌تواند از تجزیه شدن پروتئین عضلات و آتروفی عضلانی جلوگیری نماید. همچنین، گلوتامین تاثیر قدرتمندی در افزایش میزان ترشح طبیعی هورمون رشد در بدن داشته که هورمون رشد در افزایش حجم و قدرت عضلانی و نیز تشدید فرایند چربی سوزی موثر است.

علاوه‌براین، گلوتامین سیستم ایمنی بدن را تقویت کرده، در جلوگیری از عفونت و التیام سوختگی‌ها  و برای کمک به درمان افسردگی، خستگی، تحریک‌پذیری، اضطراب، بی‌خوابی موثر است. در برخی از انواع شیمی‌درمانی، سطح گلوتامین بدن کاهش می‌یابد. بنابراین گلوتامین می‌تواند از آسیب‌های ناشی از شیمی درمانی جلوگیری کرده و عمر بافت آسیب دیده را تا حدی حفظ نماید. در افراد مبتلا به ایدز نیز گلوتامین از کاهش وزن جلوگیری می‌کند.

بررسی‌ها نشان داده‌اند که مکمل‌یاری با گلوتامین منجربه تغییرات قابل‌توجه در کل توده‌چربی، افزایش توده بدون چربی، کاهش دور کمر خواهد شد. حتی در مطالعات حیوانی دریافت مکمل گلوتامین منجر به کاهش 50 درصد چربی مرکزی در رت‌ها به دنبال رژیم پرچرب گردید.