半胱氨酸的最重要的功能是清除体内的自由基、抗氧剂以及铜的整合剂。

它还是代谢的增强剂，半胱氨酸一旦进入体内迅速地转换为胱氨酸，是一种稳定形式的富含硫的氨基酸。半胱氨酸是一种高活性、多功能的氨基酸每个胱氨酸分子是由两个半胱氨酸分子联系在一起的。其稳定性来自一个极强的连接键，被称为二硫键，是双键形式的蛋白质。这种强有力的结构，使它稳定地在体内运行。胱氨酸它可以作为一种“连接物”，将纵横交错分子链结构的要点连在一起，以有助于确定许多动物和植物蛋白质的形式和机械性能。胱氨酸的高含量，例如在弹性上，表现出小麦粉的纤维状蛋白质的面筋和角蛋白，以及龟壳的硬度和人类头发的卷曲或挺直。

从胱氨酸在身体转化成N -乙酰半胱氨酸（NAC），在今天的医学中证明它是最充分有效的营养剂之一。半胱氨酸的形式稍微的修改，被认为是半胱氨酸在解毒作用机制中的媒介物，也就是说，半胱氨酸在执行清除细胞内的毒素时，它可以暂时转换成N-乙酰半胱氨酸。半胱氨酸在执行解毒时，其能力超过任何一种解毒剂，甚至是维生素C.目前在急诊室通常对有毒物质过量，所服用的对乙酰氨基酚( Tylenol--泰诺)，就是N-乙酰半胱氨酸的衍生物。它还是在临床医生观察使用中的最好的治疗肺癌和心脏病药物。同时，半胱氨酸、N-乙酰半胱氨酸也具有增加体内的谷胱甘肽的作用。

半胱氨酸最令人兴奋的重要作用是，在人体所有的细胞中无处不在的谷胱甘肽，对清理蛋白质中危险的致癌物质和其他污染物中起着氧化剂的作用，没有它的存在，肝脏会毁于内毒素的积累，毒素水平不断升高，细胞就会被摧毁，将无法抵抗细菌、病毒、或癌症侵犯。

激素往往是由十几个、二十几个或是五十多个以上的单体氨基酸连接在一起的，在肌体内实施着调节生理平衡的作用；而谷胱甘肽这种小的蛋白质，是由三个氨基酸，即谷氨酸、甘氨酸和胱氨酸组成的，又称为三肽。然而，它在人体细胞中的含量最丰富，对体内的有毒废物起着天然抗氧化剂的作用。在谷胱甘肽中，半胱氨酸是最重要的，这是因为半胱氨酸的巯基，决定着谷胱甘肽在人体中产生的数量和发挥的力量。谷胱甘肽除了自己的强有力的抗氧化剂的作用外，谷胱甘肽还能够回收其他抗氧化剂，如维生素C、维生常E和硫辛酸。

半胱氨酸除解毒功能外，半胱氨酸在转化乙酰半胱氨酸和谷胱甘肽的代谢过程中，也像其他氨基酸一样，在体内可以作为燃料，转化为能量，它首先被转化成葡萄糖，可被氧化成淀粉储存为能量，成是氨基酸转化成简单的酸性物质和糖，从氨基酸中脱离下来的氮，在体内生成尿素，再与尿液一起排泄出体外，在这过程中，半胱氨酸的硫转化为硫酸根，它可以助入高蛋白饮食的人弥补钙的缺乏。

半胱氨酸另外一个活跃的部分，它是能源系统的脂肪酸合成酶，是身体细胞合成脂肪酸所必需的，它利用高活性半胱氨酸的巯基上两个固定的碳原子，可以延长脂肪酸构成的链。

半胱氨酸与劳香族氨基酸（苯丙四酸、酪氢酸和色氨酸），在健康的大脑中发挥着重要作用，酸性硫酸基的半胱氨酸（一种半胱氨酸衍生物）及谷胱甘肽，它们已被确认是神经递质，但它们在大脑中的作用至今了解的还是甚少。