癌症生物标志物通常指的是与癌症发生、生长、分裂、死亡相关的蛋白、基因和其他小分子。以前这些癌症标志物可以被用来预测癌症生长的速度，可以被用来诊断癌症，现在这些生物标志物可以被用来揭示一个癌症患者对哪种特定的治疗药物有效。癌症有许多生物标志物，他们每一种都在体内发挥不同的作用，并且对不同的治疗有效。癌症生物标志物包括：蛋白、基因突变、基因重排、基因extra copies、基因丢失、其他
促进细胞不正常生长和分裂的生物标志物

例如：HER2在某些细胞中引起不正常生长和分裂。如果你有HER2“过表达”，那就意味着可以阻断HER2信号通路的治疗药物可以帮助你停止癌症的生长。
支持治疗药物细胞学和分子学作用机制的生物标志物

例如：SPARC生物标志物帮助携带体内的白蛋白进入细胞。SPARC过表达可以帮助与白蛋白结合的药物进入细胞内更有效的杀灭癌症细胞。
阻断癌症治疗药物发生效果的生物标志物。

例如：某些铂类药物会破坏肿瘤细胞DNA，但是ERCC1生物标志物会修复肿瘤细胞DNA。如果基因检测能够确认有高水平ERCC1表达，显示铂类药物对患者是无效的。
某些人的DNA里有确定的基因改变，于是患癌的风险增大，例如BRCA1和BRCA2被称为乳腺癌基因。某些时候BRAF基因会发生突变，这会改变MAP/ERK细胞信号通路。当癌症患者检测BRAF突变阳性时，这指示患者对panitumumab (Vectibix®) and cetuximab (Erbitux®)治疗无效。这两种药物是作用于MAP/ERK细胞信号通路的另外一种生物标志物。