Glutamiin vastutab valkude sünteesi reguleerimise eest organismis ja on lämmastiku edastaja. Lisaks hoolitseb see happe tasakaalu eest ja tugevdab immuunsüsteemi.
Samuti mängib see võtmerolli lämmastiku metabolismis. Erinevates kudedes aminohapete muundamisel tekkiv toksiline ammoniaak assimileerub selle reaktsioonil glutamiinhappega, mis viib glutamiini moodustumiseni. Seda reaktsiooni kontrollivat ensüümi nimetatakse glutamiini süntetaasiks.
Glutamiin on teatud tüüpi ammoniaagi säilitamine, mis "taastatakse", muutes selle aminohappe tagasi happeks. See protsess on osa paljude elusorganismides toimuvate lämmastikuühendite biokeemilistest sünteetilistest tsüklitest.
Glutamiin osaleb puriinide, pürimidiinide ja paljude aminohapete sünteesis. Keha jaoks ebasoodsates tingimustes (stress, haigused, füüsiline pingutus) suureneb nõudlus L-glutamiini järele kiiresti, mis vähendab selle pakkumist. Organism toodab seda aminohapet teatud koguses, kuid suure defitsiidi tingimustes hakkab ta kataboolsete reaktsioonide tulemusena hankima L-glutamiini, muu hulgas skeletilihastest.