1、基因功能研究
随着人类基因组测序的基本完成，许多新基因被发现，这些新基因的功能和作用需要进一步的研究来确定。其中，基因敲除是研究基因功能的一种非常直观和有用的方法。我们可以通过基因编辑技术敲除一个基因，研究基因缺失对细胞或生物体表型或疾病的影响，从而确定基因在细胞或生物体中的功能和作用。基因编辑技术还可以加快全基因组功能筛选，使科学家能够识别与特定疾病相关的基因。
2、建立疾病相关动物模型
通过改变与某种疾病相关的特定基因，可以建立某种疾病的模型动物，为研究该疾病的发生、发展和治疗提供研究基础。近年来，研究人员使用ZFN技术编辑许多模型生物（兔子、大鼠）、大中型动物（猪、牛）和植物中的特定基因，以实现基因敲除。TALENs还被用于靶向若干人类细胞系的基因位点，包括胚胎干细胞和诱导多能干细胞。
3、基因治疗
基因治疗是一种基于改变人类遗传物质的生物医学治疗方法。通过一定的技术手段，将人正常基因或具有治疗效果的基因导入人靶细胞，以纠正基因缺陷，达到治疗效果。例如，使用RNAi技术可以抑制肿瘤相关基因的表达，以达到抑制肿瘤细胞生长的目的。一些研究已经使用siRNA显著抑制VEGF基因的表达，有效抑制肿瘤细胞的增殖和转移，但这种方法只能在细胞和动物水平上发挥一定作用，不能达到基因治疗的目的。后来，随着基因编辑技术的发展，研究人员使用ZFN技术获得抗HIV的人类干细胞和治疗HIV的药物。此外，也有研究使用TALEN技术治疗地中海贫血病，并使用CRISPR/Cas9技术治疗肿瘤。
4、新品种的改良和培育
基因敲除技术在作物改良和畜牧业研究中也发挥着非常重要的作用。剔除某些作物中的致病基因可以提高新品种的产量，提高繁殖率，并抵御对人类健康有益的病虫害。例如，使用TALENs技术在作物基因组中敲除镰刀菌枯萎病易感基因，以创建抗镰刀菌的作物。动物生殖细胞基因的修饰也可以产生一些对人类有益的新动物物种。
5、异种器官移植供体研究
急性异种移植排斥反应是异种移植中的一个巨大问题。器官或组织供体经过基因改造后，急性异种移植排斥反应可以在一定程度上得到缓解。例如，使用ZFN技术、TALENs技术和CRISPR/Cas9技术敲除在供体猪急性排斥反应中起重要作用的基因GGTA1，可以减少急性排斥反应的发生；与免疫排斥相关的基因为异种移植研究奠定了坚实的基础。这是一个非常重要的技术基础。