Данный продукт представляет собой белые кристаллы или кристаллический порошок; без запаха. Температура плавления 284°C (с разложением), сублимируется при 168–170°C. Слабо растворим в воде (4,12% при 25°C), практически нерастворим в этаноле и эфире.
Является незаменимой аминокислотой и одной из трех аминокислот с разветвленной цепью. Окислительное разложение позволяет высвобождать больше энергии: из одного моля изолейцина может быть получено 43 моль АТФ. Его метаболизм происходит преимущественно в мышцах; это гликогенная и кетогенная аминокислота. В процессе метаболизма высвобождается ацетил-КоА и образуется янтарная кислота. Он может стимулировать секрецию инсулина. Дефицит L-изолейцина вызывает нарушения скелетных мышц. Обладает конкурентным ингибирующим действием по отношению к двум другим аминокислотам с разветвленной цепью.