左旋肉碱在脂肪代谢中的作用已经被证实。即三酰基甘油分解出十碳以上的长链脂肪酸，氧化供能必须先在肌细胞浆中。同辅酶A(COA)在ATP参与下活化生成脂酰COA。后者必须转入线粒体才能氧化分解。但脂酰COA不能通过线粒体内膜，而左旋肉碱可作为长链脂肪酸载体透过线粒体内膜氧化供能，其作用是左旋肉碱的3一羟基接受脂肪COA的酰基而转入线粒体内膜，再由左旋肉碱脂酰基转移酶Ⅱ催化，使左旋肉碱与脂酰COA分开，再重新形成脂肪酰COA。后者在线粒体间质中进行不断的β一氧化，生成的乙酰COA通过三羧酸循环分解成H2O和CO2，同时释放大量能量。
脂及酸的氧化部位在线粒体，脂酰COA不能进入线粒体，但左旋肉碱可以携带酰基进入线粒体完成脂肪酸代谢。所以如果左旋肉碱浓度升高，可以促进脂酰基转运，从而促进脂肪酸代谢，可以促进脂肪代谢。所以左旋肉碱浓度升高，可以促进脂酰基转运，从而促进脂肪代谢。 左旋肉碱减肥非常神奇。由于它和脂肪酶的参与，脂肪的燃点可以从300多度下降到30多度。在体外，脂肪只有在火般的高温(300多度)中才能充分燃烧，生成二氧化碳、水和热量。在体内，脂肪可以在体温(37度)时充分燃烧，生成二氧化碳、水和ATP。正是左旋肉碱等生物催化剂的作用，才使脂肪可以在体内温柔而尽情地燃烧。
左旋肉碱在体内起到生物催化剂的作用。准确地说，它引领长链脂肪穿越细胞壁进入线粒体内(脂肪的燃烧室)，这种作用使得肌肉细胞能够充分利用脂肪酸进行能量代谢。如果把脂肪比成煤炭，线粒体比成锅炉，左旋肉碱就像铁铲，它把煤炭送进锅炉中燃烧，加速脂肪燃烧速度11倍。
