Precisamente este PSA que pasa a la sangre es el que se mide para el diagnóstico, pronóstico y seguimiento del cáncer —tanto localizado como metastásico— y otros trastornos de la próstata, como la prostatitis.

[4]​ También se cree que es útil para disolver la capa mucosa cervicouterina, permitiendo la entrada a los espermatozoides.

El PSA es un marcador tumoral imperfecto por su escasa sensibilidad (35 % de falsos negativos) y su falta de especificidad, ya que los niveles del PSA pueden verse afectados por muchos factores.

Dado que la elevación del PSA en el plasma es proporcional a la masa tumoral presente, este índice puede ser útil para alertar de un posible cáncer de próstata.

[19]​ Al contrario de lo que se ha creído durante años, el tacto rectal no altera significativamente los niveles del PSA.

[20]​ Utilizando conjuntamente el valor del PSA y el tacto rectal se puede descubrir más del 60 % de los cánceres de próstata que todavía no están localizados.

La mayoría circula en la sangre, rodeada y unida a proteínas plasmáticas, y una pequeña cantidad, llamada «PSA libre», circula libre de uniones proteicas.

La prueba del porcentaje de PSA libre indica qué cantidad del PSA total circula libre comparado con el que está unido a proteínas.

Cuanto menor sea la proporción, mayor será la probabilidad de tener cáncer prostático.

Es importante tener en cuenta que la eyaculación incrementa momentáneamente el nivel de PSA, tanto libre como total, y retorna a valores basales en un lapso de 24 horas.

Este método puede usarse si se realiza una prueba del PSA cada año.

[25]​ Los médicos deben determinar el tamaño de la glándula con ecografía transrectal y dividir el valor del PSA entre el volumen prostático.

[26]​ Aunque la prueba del PSA se usa principalmente para detectar precozmente el cáncer de próstata, también es válida para otras situaciones: Es muy importante que las medidas de PSA se realicen siempre con la misma técnica y, a ser posible, en el mismo laboratorio.