循环肿瘤细胞的检测可有效地应用于体外早期诊断，化疗药物的快速评估，个体化治疗包括临床筛药、耐药性的检测，肿瘤复发的监测以及肿瘤新药物的开发等。
早期诊断
对于肿瘤的常规检测手段来讲，例如影像学。肿瘤在小于一公分的情况下，医生也不认为它是异常。通过国内外研究可以看到，不要说是一公分，很多肿瘤在2-4毫米的情况下已经有肿瘤细胞进入血液循环，从这个角度讲，它对于早期诊断来讲有不可低估的意义。
辅助诊断手段
从临床来讲，要判断一个病人是否得了肿瘤，一直是一个很难明确回答的问题，这就会对很多病人造成误诊。比如说胰腺癌往往发现确诊以后都是晚期的，为什么会这样？就是因为在早期的时候，胰腺癌的确诊非常困难。在很多难以确诊的病人的血液中，如果说能够检查到循环肿瘤细胞，那对于配合医生下肿瘤诊断的结论是具有积极意义的。
评估预后
经美国FDA认证的易莫尼康（Immunicon）公司通过多年的科研，在几百个病人身上做了大量的科学研究，最终得出结论，在治疗以后通过检测循环肿瘤细胞的个数，可以明确的告诉病人其预后情况。
快速判断化疗效果
不管是国内还是国外，给病人注射化疗药物以后，一般都要等三个月才可以去评估病人的治疗效果。因为只有经过三个月后，肿瘤的大小才能有比较明显的变化。很多情况下，经过三个月以后，肿瘤细胞非但没有减小反而继续长大。这对病人来讲就白白耽误了三个月的时间。三个月的时间是肿瘤病人治疗的关键。随着CTC技术的成熟，通过测定CTC数目的变化，如果CTC数目是显著下降的，说明化疗药物是有效的，如果CTC数目还在增加说明药物是无效的，这时医生能够及时采取新的治疗方案。
体内耐药性检测
很多情况下给病人用化疗药物一开始是有效的，但是过一段时间后肿瘤病人的发病并没有得到控制，这有可能是病人对药物产生了耐药性。而对于肿瘤治疗病人会不会产生耐药以及什么时候产生耐药是未知的。往往是发现病人产生耐药时，病情已得不到控制。随着CTC技术的成熟，对病人做持续跟踪CTC观察，在动态的观察过程中一旦发现CTC数目显著增加，医生就应该及时的更换新的治疗方案。
肿瘤复发转移监测
肿瘤病人经过治疗以后，在恢复的过程中会不会发生肿瘤复发？以及什么时候复发？没有医生也没有方法可以做出解释。肿瘤的复发实际上就是肿瘤转移的过程。很多乳腺癌的病人复发后会转移到脑部，还有很多结直肠癌的病人复发后往往转移到肝脏。这说明即使原发部位已经切除，肿瘤还会转移到其他部位，这实际上就是一个慢性的肿瘤转移过程。既然人们已经认识到肿瘤复发和肿瘤转移过程是直接相关的，医生就可以通过监测CTC直接监测病人是否肿瘤复发。也就是说肿瘤的复发不是一夜形成的，它是一个持续的肿瘤不断释放入血向远端转移的缓慢的过程。经过治疗的病人体内的循环肿瘤细胞应该是没有或者只有极少的数目，如果在他今后的复查过程中检测到循环肿瘤细胞持续增多，这就给病人和医生都敲响了警钟，这时对病人一定要采取适当的治疗，控制住CTC 的增多，因为CTC的增多很有可能是肿瘤复发的前兆或复发的过程。
