S tumorom povezani antigeni (TAAs) olakšavaju dijagnostiku mnogih tumora, a ponekad pomažu i u procjeni terapijskog odgovora ili pojave recidiva. Idealan tumorski marker morao bi se izlučivati samo iz tumorskog tkiva; biti specifičan za određeni tip tumora; mjerljiv pri maloj masi tumora; biti upravno razmjeran toj masi, te biti prisutan u svih bolesnika s tumorom. Premda većina tumora izlučuje prepoznatljive makromolekule, ni jedan tumorski biljeg nema željenu osjetljivost ni specifičnost koje bi omogućile ranu dijagnozu ili masovni probir.
Karcinoembrionalni antigen (CEA) je proteinsko-polisaharidni kompleks prisutan u karcinomu debelog crijeva, ali i u normalnom crijevu fetusa, u gušterači i u jetri. U bolesnika s rakom debelog crijeva razine CEA u plazmi su povišene, ali je specifičnost dosta niska jer se pozitivni nalazi dobivaju i kod teških pušača te u bolesnika s cirozom, ulceroznim kolitisom, te pri drugim malignitetima (npr. dojke, gušterače, mokraćnog mjehura, jajnika, grlića maternice). Praćenje razine CEA korisno je u otkrivanju recidiva raka nakon ekscizije (ako su početne vrijednosti bile visoke).
Alfa-fetoprotein, normalni proizvod fetalnih hepatocita, također je prisutan u serumu bolesnika s hepatocelularnim karcinomom, neseminomskim tumorima zametnih stanica, a često i embrionalnim karcinomima jajnika i testisa. Razina AFP-a je ponekad potrebna za procjenu prognoze ili, rjeđe, za postavljanje dijagnoze.
Beta- humani korionski gonadotropin (beta-hCG), mjeren imunološkom analizom, glavni je klinički biljeg kod žena s gestacijskom trofoblastičnom neoplazijom (GTN)— spektrom bolesti koji uključuje hidatidoznu molu, metastatsku i i nemetastatsku GTN—ali i otprilike dvije trećine muškaraca s testikularnim embrionalnim karcinomom ili koriokarcinomom. Mjeri se β–podjedinica jer je specifična za HCG. Ovaj marker prisutan u niskim razinama u zdravih ljudi. Razine su povišene tijekom trudnoće.
Prostata specifični antigen (PSA), je glikoprotein smješten u duktalnim epitelnim stanicama prostate, a može se otkriti u niskim koncentracijama u serumu zdravih muškaraca. Nakon utvrđivanja gornje granice normale, testovi s monoklonskim protutijelima otkrivaju povišene razine PSA u serumu kod oko 90% bolesnika s uznapredovalim karcinomom prostate, čak i u nedostatku definirane metastatske bolesti. Pretraga je osjetljivija od prostatične kisele fosfataze. Specifičnost je niska jer je PSA povišen i kod drugih stanja (npr. benigne hipertrofije prostate, prostatitisa). PSA se može koristiti za praćenje recidiva nakon operacije i liječenja karcinoma prostate.
CA 125 klinički je koristan za probir, dijagnosticiranje i praćenje terapije raka jajnika, iako njegovu razinu u krvi može povisiti bilo koji peritonealni upalni proces i neki drugi karcinomi.
Beta-2 mikroglobulin često je povišen u multiplom mijelomu i nekim limfomima. Koristi se primarno u prognostičke svrhe.
CA 19-9 izvorno je razvijen za otkrivanje kolorektalnog karcinoma, ali pokazao se osjetljivijim za karcinom gušterače. Najviše se koristi za procjenu terapijskog odgovora u bolesnika s uznapredovalim karcinomom gušterače. Vrijednosti CA 19-9 mogu biti povišene i kod nekih drugih karcinoma GI sustava, osobito kod raka žučnih vodova i nekih benignih kolestatskih poremećaja i poremećaja žučnih vodova.
CA 15-3 i CA 27-29 povišeni su u većine bolesnika s metastatskim karcinomom dojke. Vrijednosti mogu biti povišene i u drugim uvjetima. Primarno se koriste za praćenje terapijskog odgovora.
Kromogranin A je biljeg karcinoida i drugih neuroendokrinih tumora. Osjetljivost i specifičnost za neuroendokrine tumore može biti veća od 75%, a dijagnostička točnost veća je kod difuznih nego kod lokaliziranih tumora. Vrijednosti mogu biti povišene kod drugih karcinoma, poput pluća i prostate, te u nekih benignih poremećaja (npr. hipertenzija, kronična bubrežna bolest, kronični atrofični gastritis).
Tireoglobulin se stvara u štitnjači i može biti povišen kod različitih bolesti ove žlijezde. Primarno se koristi kao marker nakon totalne tireoidektomije za otkrivanje recidiva karcinoma štitnjače i za praćenje terapijskog odgovora kod metastatskog karcinoma štitnjače.
TA-90 je jako imunogena podjedinica urinarnog tumorskog antigena koji se nalazi u 70% melanoma; sarkoma mekih tkiva, te karcinoma dojke, debelog crijeva i pluća. Neka su istraživanja pokazala da vrijednosti TA–90 mogu pouzdano predvidjeti preživljenje i prisutnost supkliničke bolesti nakon kirurškog odstranjenja melanoma.