乙酰左旋肉碱是左旋肉碱的天然代谢物，在支持衰老过程中的认知功能方面发挥着关键作用，同时有助于减少疲劳。在身体的大多数组织中，左旋肉碱和乙酰左旋肉碱都参与脂肪酸氧化。左旋肉碱将脂肪酸从细胞质（细胞液）输送到线粒体（细胞的动力室）进行氧化和能量产生。在大脑中，乙酰左旋肉碱专门作用于星形胶质细胞和神经元中的脂肪酸氧化以产生能量。
该化合物通过三个主要作用发挥其认知保护作用。乙酰左旋肉碱可保护组织免受氧化应激，同时产生能量并影响神经生长因子 (NGF) 的活性，神经生长因子是负责某些神经元生长、维持和存活的神经肽。研究还表明，乙酰左旋肉碱有助于维持细胞膜稳定性并恢复与年龄相关的膜变化。