L-karnitin har vist seg å forbedre hjernens funksjon. Dette kan forbedre hukommelsen, bedre motorikk og bremse utviklingen av sykdommer som Alzheimers og demens. Det har også vist seg å hjelpe med andre lidelser som har en kognitiv basis, slik som depresjon og alkoholisme. Hvis en person lider av en mild eller tidlig versjon av slike lidelser, kan L-karnitin supplement hjelpe dem å forbedre, og hvis disse lidelser går i en familie, kan det bidra til å forhindre deres utbruddet.