肝脏代谢，在体内蓄积。因此，病人汗液、尿液和唿出气体都含有大量鱼腥味的三甲胺，故这种疾病被称为三甲胺尿症，俗称鱼腥综合征。它是一种较为罕见的遗传性疾病，出现缺陷的基因对应的酶为含黄素单加氧酶3（FMO3）。
应用.氧化三甲胺对蛋白质起折叠作用。有机金属化学中用作脱羰基试剂。用作有机合成氧化试剂，可将碘代烃转化为醛，用于醛的合成。