肿瘤细胞的生长离不开血液循环的营养输送，同时，肿瘤细胞坏死或者凋亡后，细胞中的DNA释放进入循环系统，游离地存在于血液当中，这就是ctDNA。虽然这些DNA是断裂的，不完整的，但它来自于肿瘤细胞，如果肿瘤细胞携带某种基因突变，这些突变也能在ctDNA中反映出来。通过检测ctDNA的基因突变，就可以揭秘体内肿瘤组织的突变信息，从而为肿瘤的精准靶向治疗和药效检测提供依据。基于CTC、ctDNA等的液体活检很早就被提出来了，但由于血液中ctDNA与海量的由于生理或病理原因凋亡裂解的非肿瘤来源的游离DNA共存，分离提取困难。例如在Ⅳ期非小细胞肺癌中，血液中ctDNA仅占游离DNA的0.1%-5%。而且因为肿瘤细胞的基因组不稳定，在细胞分裂的过程中，会不断产生变异，这也给提取及分析ctDNA信息带来了困难。这些都限制了ctDNA检测在临床上的应用。
近年来，随着超敏感测序技术的发展，数字PCR（dPCR）可以检测出丰度为0.01%-0.1%的突变等位基因，而新一代测序（NGS）可平行检测多种突变。在这些技术基础上开发出来的DNA捕获结合深度测序等技术可同时检测各种类型的突变，包括单核苷酸突变、插入缺失、重排和拷贝数变异。这些技术的发展使得我们不必在分子层面去分离ctDNA，而是通过测序，利用肿瘤细胞基因组的特点，从携带信息的层面去挑出属于肿瘤细胞的部分。
CTC检测的临床应用范围：
1、临床辅助诊断
对尚未完善病理诊断的患者，ctDNA检测可联合影像学、血清学作为辅助判断病灶良恶性的指标。ctDNA的浓度与肿瘤的大小和阶段大致成比例。同时，手术取得的组织样本，就好像是抽样，其结果并不代表全部的肿瘤细胞；而ctDNA可来自于任何裂解的肿瘤细胞，更能反映出肿瘤细胞整体的基因变异信息。而且根据检出的突变涉及的信号通路，可以指导临床调整诊疗策略，制定更加合理的个体化诊疗方案（如进一步筛查转移、拟定新辅助化疗、辅助化疗方案等）
2、术后复发预测与监测
ctDNA浓度与肿瘤进展高度相关，结合检出的突变信息及所涉及的遗传信号通路，可评估根治性手术后患者复发的风险，指导临床及时介入诊疗。
3、疗效评估及耐药性监测
ctDNA浓度的动态变化可反映治疗效果，同时因其无创便捷的特性可对包括术前新辅助化疗、术后辅助化疗、晚期放化疗、靶向治疗等在内的各阶段治疗进行实时连续监测治疗效果，判断治疗效果，同时根据检出的突变信息，动态监测耐药发生，及时调整治疗方案。
4、临床预后评估
根据ctDNA浓度及所检出的突变信息，可对转移风险、生存等进行预测与提示。
5、高危人群体检筛查
对于具有肿瘤家族史或肿瘤易感基因及不良生活习惯的高危人群，定期进行ctDNA检查，有助于肿瘤的防治及早期发现。