L-Glutamina jest najczęściej występującym aminokwasem we krwi i tkance mięśniowej. Stanowi aż 60% puli aminokwasów proteogennych, budujących białka mięśniowe i jest niezbędnym źródłem paliwa dla komórek układu odpornościowego. Znaczenie glutaminy przy dużych obciążeniach siłowych i wytrzymałościowych dorównuje a nawet przewyższa rolę aminokwasów rozgałęzionych BCAA. L-Glutamina stanowi istotny ustrojowy magazyn azotu, silnie hamuje procesy rozpadu tkanki mięśniowej, dzięki czemu ogranicza katabolizm wysiłkowy i powysiłkowy. Działanie glutaminy polega między innymi na zwiększonym uwodnieniu komórek mięśniowych. Duża objętość komórki stymuluje syntezę białek i glikogenu mięśniowego. Ponadto L-glutamina stymuluje wydzielanie hormonu wzrostu oraz insuliny, podwyższa stężenie glutationu w komórkach (chroni komórki przed „wolnymi rodnikami”) oraz przyspiesza syntezę glikogenu mięśniowego. Aminokwas ten łagodzi objawy osłabienia układu odpornościowego u przetrenowanych sportowców. Stosowanie glutaminy pomaga utrzymać wysokie tempo przemian energetycznych w  tlenowym procesie uzyskiwania energii (cykl Krebsa), dzięki czemu aminokwas ten jest niezbędny w przypadku wysiłku wytrzymałościowego.