Wsparcie pamięci i zdolności poznawczych: W trakcie wielu badań naukowcy zauważyli korelację między suplementacją acetylo-L-karnityny a wychwytem choliny przez komórki mózgu. Dowiedziono, że ALCAR wpływa na zwiększenie syntezy acetylocholiny – neuroprzekaźnika odpowiadającego za szybkość przetwarzania informacji przez mózg. Dodatkowo związek ten stymuluje uwalnianie dopaminy – odpowiedzialnej za energię i motywację – oraz podnosi stężenie jej receptorów w mózgu. Za pomocą tych mechanizmów acetylo-l-karnityna korzystnie oddziałuje na pamięć, koncentrację czy proces uczenia się. Może ona ponadto łagodzić zaburzenia tych funkcji występujące w przebiegu np. choroby Alzheimera – testy kliniczne wykazały jej skuteczność także i na tym polu.

Poprawa kondycji układu nerwowego: Liczne badania naukowe potwierdziły także, iż stosowana profilaktycznie ALCAR działa ochronnie na neurony w warunkach czasowego niedokrwienia mózgu. Odbywa się to między innymi poprzez stymulację produkcji acetylocholiny. Grupy acetylowe pochodzące z tego aminokwasu działają też utleniająco, dzięki czemu zwiększają poziom energii w komórkach mózgu. ALCAR redukuje negatywny wpływ β-amyloidu na aktywność enzymu wytwarzającego acetylocholinę. Wykazano też, że jest pomocna w terapii uszkodzeń nerwów wskutek urazu mechanicznego lub stanu zapalnego. Aminokwas ten stymuluje regenerację samego nerwu oraz poprawia stan osłonki mielinowej, która odżywia go i przyspiesza przesyłanie impulsów nerwowych.

Zwiększenie poziomu energii: Wyniki badań naukowych wykazały, że acetylo-L-karnityna podnosi intensywność metabolizmu w tkance mózgowej o 20%, zaś pobieranie glukozy przez neurony nawet o 50%. Największe zmiany obserwowane są m.in. w obrębie hipokampa, ale także w innych częściach mózgu. Udowodniono też, że aminokwas ten wpływa na zwiększenie uwalniania dopaminy – neuroprzekaźnika pobudzającego – oraz na wzrost stężenia jego receptorów. Podczas testów klinicznych udowodniono również, że ALCAR skutecznie łagodzi objawy zespołu chronicznego zmęczenia, takie jak obniżony poziom energii czy motywacji do działania. Była ona przy tym tolerowana lepiej niż tradycyjnie stosowane środki i wykazywała znacznie mniej efektów ubocznych.

Wspomaganie pracy serca: Jednym z głównych mechanizmów działania acetylo-L-karnityny jest wpływ na poziom kardiolipiny. Związek ten, zaliczany do glicerofosfolipidów, występuje między innymi w komórkach mięśnia sercowego, gdzie odgrywa istotną rolę w łańcuchu oddechowym. ALCAR zapobiega postępującemu wraz z wiekiem spadkowi stężenia kardiolipiny, co wpływa korzystnie na wydajność pracy serca. Ponadto acetylo-L-karnityna pomaga obniżyć zbyt wysokie ciśnienie krwi i poprawić funkcjonowanie naczyń krwionośnych. Przyczynia się także do redukcji oporności komórek na insulinę, będącej jednym z czynników ryzyka choroby wieńcowej serca. W przypadku zaś niedokrwienia mięśnia sercowego działa ochronnie, ograniczając jego uszkodzenia.