目前在大規模動物細胞的培養中已經普遍適用于無血清培養基。在疫苗生長、單抗和各種生物活性蛋白等生物制品的應用領域中，優化無血清培養基的成分可使不同的細胞在最有利于細胞生長和表達目的產物的環境中維持高密度培養，降低生產成本。在人類細胞培養中，應用無血清培養基還能有選擇性地控制及避免成纖維細胞的過度生長。在無血清培養條件下，某些細胞的生長量和抗體的產量甚至較有血清時高出數倍。
除生產生物制品外，無血清培養基也被廣泛應用于細胞生物學、藥理學、腫瘤學領域：
(1)研究細胞的分化條件：無血清培養基其組成可以是確知的化學物質，因而可根據研究的需要增減具有重要生物活性物質的種類和數量。這就為研究細胞分化的條件提供了有效的手段。
(2)用于激素、生長因子和藥物等與細胞相互作用的研究。
(3)用于從多種細胞混雜的培養中選擇目的細胞：通過對無血清培養中的某些成分的取舍，可抑制原代組織培養物中非目的細胞的過度生長，達到選擇目的細胞的目的。
(4)腫瘤病理學和病因學的研究：如用于研究致癌因子對細胞的影響，研究腫瘤細胞對可能觸發正常細胞終末分化的外周信號的反應能力，或用于研究正常細胞與腫瘤細胞的生長和移行與基底膜信號的關系等。
(5)無血清培養基在生物制品生產中的得到廣泛應用，國內外的很多生產單位都在致力于如何將無血清培養基與發酵罐培養技術更好的結合應用。
另外，無血清培養基還廣泛應用于干細胞和免疫細胞的研究和臨床治療中。且在此領域對無血清培養基的需求量最大而且最迫切。
