流式細胞術在很多領域中都有應用，包括分子生物學、病理學、免疫學、植物學、和海洋生物學等[11]。在分子生物學中，它主要用于熒光標記的抗體。特異性的抗體與靶細胞上的抗原結合，能夠通過流式細胞儀研究這些細胞的特別信息。這在醫學中具有很廣泛的應用，尤其是在器官移植、血液學、腫瘤免疫學和化療、遺傳學、精子分類（Sperm sorting）、和性別選擇。此外，它廣泛用于檢測DNA損傷[12][13]，半胱氨酸蛋白酶切割和細胞凋亡的研究[14]。 在神經科學中，細胞表面的共表達（co-expression）和細胞外抗原（intracellular antigens）可以被分析[15]。
現代的流式細胞儀具有多個激光和熒光檢測器（目前商業用儀器的記錄是4個激光和14個檢測器），可以用于多個抗體標記，以便在表現型中更準確地區別某個靶群體。
流式細胞儀也是很有用的分選儀器。當細胞/顆粒通過時，可以被選擇性地加上某種電荷，并在通過電磁場后偏轉，從不同出口流出。這樣就可以從一個混合物中高速（理論上可達到每秒大約9萬個細胞）準確地分離開四類細胞。
海洋中主要的光合生物之一——占海洋浮游生物總細胞數將近1/3的原綠球藻（Prochlorococcus）就是通過流式細胞術發現的。因為其細胞小，葉綠素含量少，在通常的熒光觀察中被迅速漂白(bleach)，但由于在流式細胞術中細胞通過光束的時間極短，胞內葉綠素的熒光可被觀察到。