Le dosage du PSA, associé à un toucher rectal, contribue à faire le diagnostic de cancer de la prostate. C'est le dosage de PSA qui est actuellement le meilleur test pour la détection précoce du cancer prostatique, stade où il n'y a pas encore de signes cliniques évocateurs.
Le dosage du PSA sert également à surveiller l'efficacité d'un traitement lors d'un cancer prostatique.