Chất chỉ điểm khối u có thể được chỉ định để:

• Tầm soát một số ung thư phổ biến. Tầm soát tất cả hoặc phần lớn ung thư đã từng được đề xuất nhưng không cho thấy hiệu quả thực tiễn. Tầm soát một loại ung thư hoặc một vị trí cần có độ nhạy và độ đặc hiệu đạt ngưỡng nhất định. Ví dụ, kháng nguyên đặc hiệu tiền liệt tuyến (PSA) tăng được sử dụng như một dấu hiệu cho ung thư tiền liệt tuyến ở một số quốc gia.
• Theo dõi bệnh nhân ung thư sau điều trị, xác định các bệnh gần đây. Ví dụ: tăng AFP ở một đứa trẻ đã được điều trị u tế bào mầm có thể định hướng đến u nội bì tái phát.
• Chẩn đoán các loại u đặc trưng, đặc biệt là u não và những u tương tự không thể sinh thiết.
• Xác nhận lại chẩn đoán để kiểm tra các đặc điểm như kích thước, mức độ xâm lấn của khối u và nhờ đó giúp đánh giá lại hiệu quả của liệu pháp điều trị. 
• Đánh giá giai đoạn: một số chất chỉ điểm khối u bao gồm quá các quá trình đánh giá giai đoạn của một số vị trí khối u.
• Tiên lượng kế hoạch điều trị trước khi điều trị và giúp bệnh nhân lên kế hoạch sau điều trị bằng phẫu thuật.
• Kiểm tra hiệu quả của điều trị để thay đổi phương pháp nếu không hiệu quả.
• Xem xét một phương pháp điều trị có phù hợp với một nhóm hoặc dưới nhóm u đặc biệt là trong y học cá nhân hóa.

Như đã được phát biểu trong BMJ 2009, dấu ấn sinh học không được khuyến cáo sử dụng cho mục đích chẩn đoán ung thư, mà được dùng để theo dõi tiến triển, trên từng loại ung thư, từng trường hợp lâm sàng, tầm soát. Việc sử dụng xét nghiệm mà không hiểu giá trị của chúng sẽ gây ra việc chỉ định xét nghiệm chất chỉ điểm khối u không phù hợp và gây ra kiểm tra quá nhiều ung thư.