由于TK1（細胞質胸苷激酶）與細胞增殖密切相關，1980s就出現了檢測TK1活性的試劑盒，用于腫瘤輔助診斷和腫瘤治療監控。1990s后期，基于TK1濃度檢測的試劑盒問世，在一定程度上解決了活性檢測對于實體瘤靈敏度偏低的缺點，同時化學發光法降低了熒光法的污染危害。
TK1的應用主要有兩個方面：
體檢應用
評估各類增殖類疾病惡變風險：處于過度增殖的增殖類疾病是腫瘤形成的第一步。基于TK1與細胞增殖的密切關系，能夠靈敏地檢查出TK1濃度的變化，從而發現惡性增殖風險，為腫瘤的預防提供增殖信息，適用于健康人群的腫瘤預防檢測。
臨床應用
1、評估放化療效果：能夠對各種實體腫瘤（例如：肺癌，胃癌，結腸癌，直腸癌，食道癌，乳腺癌，宮頸癌，前列腺癌等）以及白血病和淋巴癌患者的治療效果進行評估，為治療方案的改善提供參考；
2、評估手術效果：通過比較腫瘤患者手術前后腫瘤細胞的增殖情況，為手術效果評價提供參考；
3、評估腫瘤復發風險：對腫瘤患者手術及治療恢復期的殘留腫瘤細胞的增殖狀態進行動態評估，較影像學更早發現復發轉移風險；
不同腫瘤類別的胸苷激酶應用案例：
1、血液學惡性腫瘤中胸苷激酶的增長具有規律性。例如，胸苷激酶1（TK1）用于監控非霍奇金淋巴瘤。這種腫瘤的攻擊性差別很大，有些屬于慢速增殖，很難覺察難以及時治療；還有一些屬于快速增殖，具有高攻擊性需要緊急治療。這些差異可以在血清胸苷激酶的水平高低上得以體現，與正常水平相近的對應慢速增殖腫瘤，具有很高水平的對應快速增殖腫瘤。淋巴瘤患者血清TK1水平升高，可能預示著腫瘤具有高活性和高攻擊性，因此通過監測血清TK1水平的變化，適合于腫瘤的治療評估。
該模型也使用于其他類型血液惡性腫瘤中（白血病，漿細胞骨髓瘤，骨髓增生異常綜合癥）。需要關注的是在骨髓增生異常綜合癥中：有一部分病例會迅速轉變為進行白血病，但是還有一些在很長一段時間內進展緩慢。那如果能夠鑒別出是否有進展為白血病的趨勢將對治療非常重要。
2、實體腫瘤中胸苷激酶的升高往往也與腫瘤惡性增殖程度，治療效果，復發情況具有相關性。有報告指出在前列腺癌癥中，胸苷激酶能夠如同PSA（前列腺特異抗原，前列腺癌中使用最頻繁的腫瘤標志物）一樣提供輔助參考。PSA提示腫瘤大小，而TK提示腫瘤增殖速度。對于其他實體腫瘤，如小細胞肺癌，乳腺癌，胃癌，腎癌，膀胱癌等都有應用價值。