En medicina, la citometría de flujo es una técnica utilizada en forma rutinaria para el diagnóstico y seguimiento de muchas enfermedades tales como las leucemias, granulomatosis crónica, y SIDA. En veterinaria, se emplea para inmunofenotipado de tumores y en el seguimiento pronóstico de gatos con Virus de Inmunodeficiencia Felina (VIF). 

Tiene muchas otras aplicaciones en investigación, como los estudios de la respuesta inmune de infecciones para el desarrollo de nuevas vacunas, y en andrología, para la evaluación de la calidad seminal y el sexado de esperma. Otra aplicación posible de esta técnica es para purificar supoblaciones de interés, sólo con aquéllos citómetros que poseen el sistema de cell sorting (separación física de partículas según sus propiedades). Esta apliación tiene mucho potencial en las terapias celulares.