選択的プレバイオティクスとして、2'-FLはビフィズス菌などの有益な細菌の増殖を有意に促進する一方、クロストリディオイデス・ディフィシルなどの有害な細菌の増殖を抑制し、健康な腸内微生物生態環境の確立を助けます。臨床研究では、乳児用調製粉乳に2'-FLを補給することで、乳児の腸内におけるビフィズス菌の相対存在量が約60%に増加し、母乳栄養児で観察されるレベルに近づくことが示されています。腸内細菌叢による2'-FLの発酵は、短鎖脂肪酸（酢酸および酪酸）の産生を促進し、抗炎症反応を支援するとともに、結腸細胞にエネルギーを供給します。

2'-FLは免疫系の成熟を促進し、血漿中のIgGおよびIgAレベルを上昇させ、腸粘膜バリアを強化します。300人以上の乳児を対象としたランダム化比較臨床試験では、2'-FLを添加した粉ミルクで育てられた乳児は、炎症性サイトカイン（IL-1β、IL-6、TNF-α）の濃度が29%～83%低いことが示されました。別の臨床研究では、2'-FLとLNnTを添加した粉ミルクが上気道感染症のリスクを42%、中耳炎のリスクを71%減少させ、関連する薬剤の使用も大幅に減少させることが示されました。

2'-FLは、有害な病原体に結合する「デコイ受容体」として機能し、腸管上皮細胞への付着を防ぎ、体外への排出を促進します。研究によると、2'-FLは大腸菌O157の腸管定着を90%以上、カンピロバクター・ジェジュニの侵入を80%減少させ、さらにムチンMUC2の発現を20%以上有意に増加させ、腸管バリア機能を強化します。また、2'-FLは代謝健康と密接に関連する重要な有益菌であるアッカーマンシアの存在量を有意に増加させました。

研究によると、2'-FLは学習と記憶に良い影響を与えることが示されています。動物実験では、2'-FLを摂取した豚は嗅球の体積が大きく、ドーパミン、GABA、コリン合成に関連する遺伝子の発現レベルが変化していることがわかりました。2'-FLの長期経口投与は、げっ歯類のシナプス可塑性を改善し、新たに獲得した記憶の保存に関与する分子の発現を増加させ、学習能力と記憶能力を向上させることが示されています。早期の2'-FL曝露は、乳児の認知発達を促進する可能性があります。

臨床研究では、2'-FLを添加した粉ミルクを摂取した乳児の疝痛発生率は母乳育児群と同等（10.5％対8.8％）であり、アトピー性皮膚炎の発生率も標準的な粉ミルク群よりも低いことが示されています。これらの結果は、2'-FLの補給が乳児の疝痛とアトピー性皮膚炎のリスク低減に役立つ可能性を示唆しています。

動物実験により、2'-FLはインスリン濃度を上昇させるだけでなく、カルシウム、リン、粗脂肪、総エネルギーの消化率と利用率を向上させ、骨の健康と全体的な栄養吸収に寄与することが示されています。