Como otros aminoácidos forma parte de proteínas importantes para las células. La leucina forma parte del subgrupo de aminoácidos de cadena ramificados (en inglés se denominan BCAA de Branched-Chain Amino Acids), estos aminoácidos sirven como sustrato para sintetizar otros muchos metabolitos. Por ejemplo, la leucina es precursora de alcoholes, y otros compuestos, que mejoran las cualidades organolépticas de los frutos. En situaciones de estrés abiótico, las plantas producen una gran cantidad de aminoácidos de cadena ramificada (valina, isoleucina, etc.) que son utilizados por la planta para sintetizar proteínas de respuesta al estrés. Por ejemplo, un estudio realizado por el grupo de para Arabidopsis (Nambara et al. 1998) muestra que la concentración de leucina aumenta hasta 150 veces en condiciones de sequía.