血液样本的无创采样方式直到现在仍然被认为是最理想的生物标志物发现来源。血液样本中的蛋白质的种类有10000多种，其浓度变化范围超过12个数量级，并且血液中22种高丰度蛋白质（比如：白蛋白和球蛋白等）含量占血液蛋白质总量的99%以上。大多数有重要“信使”功能的蛋白，比如肿瘤标志物、细胞因子等，往往都是含量非常低的低丰度蛋白。血液中的高丰度蛋白质浓度可以是血液中癌胚抗原（CEA）浓度的10×10³倍和白细胞介素-6（IL-6）浓度的5×10⁶倍。血液中低丰度微量蛋白的检测，对检测的灵敏度和特异性都是很高的挑战。

血液中肿瘤标志物的检测主要基于免疫的特异性的抗原抗体反应。抗原决定簇和抗体分子可变区互补构型，造成两分子间有较强的亲和力，能够特异性的结合。空间构型互补程度不同，抗原和抗体分子之间结合力强弱也不同。互补程度高，则亲和力强。利用高亲合力的抗体与抗原的结合力强，即使抗原浓度很低时也有较多的抗体结合抗原形成免疫复合物。比如采用双抗体夹心法检测血液中的癌胚抗原（CEA），可以将高亲和力的CEA一抗（捕获抗体）结合在反应的孔板或微球上，加入待测的血清，血清中的CEA就会被抗体捕获形成特异性的捕获抗体-CEA抗原复合物。接下来通过洗涤地方式去除未结合的蛋白，再次提高检测的特异性，然后加入用荧光素、酶或放射性同位素标记的二抗（标记抗体）。标记抗体可与CEA抗原上另一个特异性的抗原决定簇结合，最终形成捕获抗体-抗原-标记抗体复合物。复合物因为被标记就可以通过不同的方法对它进行定量的检测，标记的过程也是一个检测信号放大和提高检测灵敏度的方法。所以不同的检测试剂选用的抗原-抗体对，以及不同的检测方法对同一物质进行检测的灵敏度和特异性都可能存在较大差异。