Como outros aminoácidos, faz parte das proteínas importantes para as células. A isoleucina faz parte do subgrupo dos aminoácidos de cadeia ramificada (em inglês denominados BCAA – Branched-Chain Amino Acids). Estes aminoácidos servem como substratos para sintetizar vários outros metabolitos. Como precursora de álcoois e outros compostos, a isoleucina melhora as qualidades organolépticas dos frutos. Sabe-se também que nas situações de stress abiótico, as plantas produzem proteínas de resposta ao stress com uma grande quantidade de aminoácidos de cadeia ramificada, tais como a isoleucina. Além disso, é um aminoácido muito importante para obter energia pela planta. Nas situações onde não haja stress, a principal fonte de energia das plantas durante o dia é a fotossíntese, e durante a noite, os aminoácidos, especialmente a isoleucina, são os principais precursores da geração de energia.