D-絲氨酸是L-絲氨酸經(jīng)消旋作用轉(zhuǎn)化而來的。

D-絲氨酸是在認知增強和精神分裂癥治療中起作用的氨基酸。補充D-絲氨酸可以減少認知能力下降的癥狀。它還能減少以減少N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）信號為特征的疾病癥狀，其中包括可卡因依賴和精神分裂癥。

已知谷氨酰胺能信號傳導可增強記憶形成，因為NMDA受體的激活引起鈣內(nèi)流和動員鈣調(diào)蛋白依賴性激酶（CaMK）和CREB結(jié)合蛋白，其起作用以誘導長時程增強（LTP），其被稱為記憶的機制基礎(chǔ)形成，并導致NMDA信號傳導（特別是通過NR2B亞基）的增加引起記憶力和LTP的增加。這也是用L-蘇糖酸鎂觀察到的記憶增強機制。由于D-絲氨酸能夠通過NMDA受體增強信號傳導（在1μM時增強52+/-16％，活性增加至30μM），與此過程中D-絲氨酸的活力配對和已知海馬細胞對D-絲氨酸刺激的敏感性，認為補充D-絲氨酸可促進記憶和學習。

通過影響NMDA甘氨酸結(jié)合位點并因此通過NDMA受體正向調(diào)節(jié)信號傳導，D-絲氨酸施用被認為能夠減輕精神分裂癥的癥狀。精神分裂癥似乎是一種D-絲氨酸缺乏狀態(tài)（原因或效果未確立）。陽性和陰性癥狀量表（PNSS）評估，有限的陽性研究傾向于注意到精神分裂癥陰性癥狀改善17-30％，其中30mg/kg（總體為2.12+/-0.6g）D-絲氨酸在一種類似的研究條件下，效價與800mg/kg甘氨酸相似。隨著時間的推移，測量消極癥狀進展的研究注意到補充劑2周內(nèi)的有益作用，其在6周觀察期內(nèi)增加效力，并且在60-120mg/kg范圍內(nèi)以更高劑量獲益更明顯。

D-絲氨酸似乎可有效減少精神分裂癥的所有癥狀（多數(shù)為陰性和認知性，對陽性反應(yīng)較少），但標準推薦劑量為30mg/kg似乎不可靠。這可能是由于D-絲氨酸達到血液的量有很大的變異性，并且基于有限的證據(jù)，服用更高的劑量似乎更可靠。

帕金森氏病似乎有一些癥狀（減損動機和起始/情緒反應(yīng)），其類似于在精神分裂癥中的陰性癥狀（情感淡漠和隔離），并且由于二者的相似之處，被認為服用D-絲氨酸可能是有用的。此外，紋狀體中的多巴胺能神經(jīng)元參與NMDA信號傳導，而帕金森病患者的NMDA受體已知會發(fā)生改變。