鳥氨酸是一種非蛋白氨基酸，在尿素循環中起作用。鳥氨酸轉氨酶不足時，鳥氨酸在體內異常積累。

大號鳥氨酸是酶的作用的產品之一精氨酸酶對大號-精氨酸，產生尿素。因此，鳥氨酸是尿素循環的中心部分，可以處理過量的氮。鳥氨酸是再循環的，并且在某種程度上是催化劑。首先，將氨轉化為氨基甲酸酯磷酸。
鳥氨酸通過氨基甲酰基磷酸合成酶在δ（末端）氮處轉化為尿素衍生物。從天冬氨酸中添加另一個氮，生成脫氮的富馬酸酯，然后將所得精氨酸（胍鹽化合物）水解回鳥氨酸，生成尿素。尿素中的氮來自氨和天門冬氨酸，鳥氨酸中的氮保持完整。

鳥氨酸不是DNA編碼的氨基酸，即不是蛋白原。但是，在哺乳動物的非肝組織中，尿素循環的主要用途是精氨酸的生物合成，因此，鳥氨酸作為代謝過程的中間體非常重要。

L-鳥氨酸補充劑使用循環測力計在安慰劑對照研究中減輕了受試者的疲勞。結果表明，L-鳥氨酸具有抗疲勞作用，可提高能量消耗效率并促進氨的排泄。

氨基酸補充劑，包括L-鳥氨酸，經常向健美和舉重市場出售，聲稱可以增加人類生長激素（HGH），肌肉質量和力量的水平。一項臨床研究報告說，每天2 g /?L的鳥氨酸不會增加HGH。關于該主題的評論得出結論：“不建議使用特定氨基酸刺激運動員釋放GH。”

大號鳥氨酸大號天冬氨酸（LOLA），鳥氨酸和天門冬氨酸的穩定鹽，已在治療中使用的肝硬化。