L-Phenylalanin được chuyển hóa thành L-tyrosin, một axit amin cũng được mã hóa bởi ADN. L-Tyrosin được chuyển hóa thành L-DOPA, rồi sau đó thành dopamin, norepinephrin (noradrenalin), và epinephrin (adrenalin). Ba chất sau cùng được gọi là các catecholamin.

Phenylalanin vượt qua hàng rào máu-não nhờ kênh vận chuyển chủ động giống với tryptophan. Với một lượng lớn, phenylalanin ảnh hưởng lên sự tổng hợp của serotonin.

Trong thực vật

Phenylalanin là hợp chất đầu tiên trong sinh tổng hợp flavonoid. Lignan là một dẫn xuất của phenylalanin và của tyrosin. Phenylalanin được chuyển hóa thành axit cinnamic nhờ enzyme phenylalanine ammonia-lyase.[3]