Comme d’autres acides aminés, il fait partie des protéines importantes pour les cellules. L’isoleucine fait partie du sous-groupe des acides aminés à chaîne ramifiée (en anglais, ils sont appelés acides aminés à chaîne ramifiée, BCAA). Ces acides aminés servent de substrat pour synthétiser de nombreux autres métabolites. Par exemple, la leucine est un précurseur d’alcools et autres composés qui améliorent les qualités organoleptiques des fruits. Dans les situations de stress abiotique, les plantes produisent un grand nombre d’acides aminés à chaîne ramifiée (valine, isoleucine, etc.) qui sont utilisés par la plante pour synthétiser des protéines de réponse au stress. Par exemple, une étude menée par le groupe sur Arabidopsis (Nambara et al., 1998) montre que la concentration de leucine augmente jusqu’à 150 fois en période de sécheresse.