循環腫瘤細胞的檢測可有效地應用于體外早期診斷，化療藥物的快速評估，個體化治療包括臨床篩藥、耐藥性的檢測，腫瘤復發的監測以及腫瘤新藥物的開發等。
早期診斷
對于腫瘤的常規檢測手段來講，例如影像學。腫瘤在小于一公分的情況下，醫生也不認為它是異常。通過國內外研究可以看到，不要說是一公分，很多腫瘤在2-4毫米的情況下已經有腫瘤細胞進入血液循環，從這個角度講，它對于早期診斷來講有不可低估的意義。
輔助診斷手段
從臨床來講，要判斷一個病人是否得了腫瘤，一直是一個很難明確回答的問題，這就會對很多病人造成誤診。比如說胰腺癌往往發現確診以后都是晚期的，為什么會這樣？就是因為在早期的時候，胰腺癌的確診非常困難。在很多難以確診的病人的血液中，如果說能夠檢查到循環腫瘤細胞，那對于配合醫生下腫瘤診斷的結論是具有積極意義的。
評估預后
經美國FDA認證的易莫尼康（Immunicon）公司通過多年的科研，在幾百個病人身上做了大量的科學研究，最終得出結論，在治療以后通過檢測循環腫瘤細胞的個數，可以明確的告訴病人其預后情況。
快速判斷化療效果
不管是國內還是國外，給病人注射化療藥物以后，一般都要等三個月才可以去評估病人的治療效果。因為只有經過三個月后，腫瘤的大小才能有比較明顯的變化。很多情況下，經過三個月以后，腫瘤細胞非但沒有減小反而繼續長大。這對病人來講就白白耽誤了三個月的時間。三個月的時間是腫瘤病人治療的關鍵。隨著CTC技術的成熟，通過測定CTC數目的變化，如果CTC數目是顯著下降的，說明化療藥物是有效的，如果CTC數目還在增加說明藥物是無效的，這時醫生能夠及時采取新的治療方案。
體內耐藥性檢測
很多情況下給病人用化療藥物一開始是有效的，但是過一段時間后腫瘤病人的發病并沒有得到控制，這有可能是病人對藥物產生了耐藥性。而對于腫瘤治療病人會不會產生耐藥以及什么時候產生耐藥是未知的。往往是發現病人產生耐藥時，病情已得不到控制。隨著CTC技術的成熟，對病人做持續跟蹤CTC觀察，在動態的觀察過程中一旦發現CTC數目顯著增加，醫生就應該及時的更換新的治療方案。
腫瘤復發轉移監測
腫瘤病人經過治療以后，在恢復的過程中會不會發生腫瘤復發？以及什么時候復發？沒有醫生也沒有方法可以做出解釋。腫瘤的復發實際上就是腫瘤轉移的過程。很多乳腺癌的病人復發后會轉移到腦部，還有很多結直腸癌的病人復發后往往轉移到肝臟。這說明即使原發部位已經切除，腫瘤還會轉移到其他部位，這實際上就是一個慢性的腫瘤轉移過程。既然人們已經認識到腫瘤復發和腫瘤轉移過程是直接相關的，醫生就可以通過監測CTC直接監測病人是否腫瘤復發。也就是說腫瘤的復發不是一夜形成的，它是一個持續的腫瘤不斷釋放入血向遠端轉移的緩慢的過程。經過治療的病人體內的循環腫瘤細胞應該是沒有或者只有極少的數目，如果在他今后的復查過程中檢測到循環腫瘤細胞持續增多，這就給病人和醫生都敲響了警鐘，這時對病人一定要采取適當的治療，控制住CTC 的增多，因為CTC的增多很有可能是腫瘤復發的前兆或復發的過程。