最早于1953年就有DL-肉堿合成的ZL報道，20世紀60年代已有工業化生產。國內1982年也有作為胃藥的生產和應用。直接從DL-肉堿出發，用樟腦酸、N-乙酰-D-谷氨酸或乙苯酰-L-(+)酒石酸為拆分劑，進行化學拆分獲取L-肉堿。但D-肉堿消旋比較困難，不能回收，工業化生產尚需突破性進展 [41] 。已經有數十種不同的化學合成方法，其中少數實現了工業化生產，主要是采用以環氧氯丙烷為原料的方法，區別在于在反應的不同步驟中進行化學拆分或反應前加入手性試劑進行不對稱誘導得到左旋肉堿。反應過程大致分為如下兩種：
生產方法：以環氧氯丙烷與三甲胺作用，經氰化、鹽酸水解，制成DL-肉堿，經解析除去D-肉堿，制取左旋肉堿。也可用溴乙酰乙酸乙酯為原料，先用四氫硼鈉還原為γ-溴代-β-羥基丁酸乙酯，然后與三甲胺生成季銨鹽，即溴代三甲銨-β-羥基丁酸乙酯，最后用離子交換樹脂除去溴離子，成為肉堿鹽酸鹽。