Também é muito utilizada nas dietas de emagrecimento devido à sua capacidade de mobilização das gorduras para a obtenção de energia. Se a dieta for baixa em calorias e suplementada com L-Carnitina, a perda de gordura corporal e a conservação da massa muscular são favorecidas, sobretudo se existe um défice prévio de L-Carnitina. Outro aspeto da L-Carnitina relacionado com o desporto é a sua capacidade de combater a fadiga permitindo a combustão das gorduras nos músculos, com a conseguinte poupança de glicogénio. Melhora o rendimento, a recuperação e reduz o dano do tecido muscular. A quantidade de L-Carnitina pode diminuir durante os exercícios pesados e repetitivos, sendo assim, o seu consumo contribui para manter o seu equilíbrio. Outro aspecto da L-Carnitina relacionado com o desporto é a sua capacidade de combater a fadiga permitindo a combustão das gorduras nos músculos.
A suplementação de L-Carnitina tem um possível efeito antioxidante, tanto para indivíduos saudáveis como para portadores de doenças isquêmicas e neuropatia diabética. A maior concentração de L-Carnitina está na musculatura, em especial a cardíaca. Ela exerce o papel energético no mecanismo contrátil das células musculares cardíacas e reguladoras da concentração. No músculo esquelético, a suplementação com L-Carnitina diminui a dependência de glicose na produção de energia, diminuindo, consequentemente, a produção de ácido láctico e a dor causada por seu acúmulo.