Gli esosomi portano firme molecolari come miRNA, proteine e lipidi specifici che possono indicare la presenza di un cancro. La loro accessibilità nei fluidi corporei li rende preziosi per la diagnostica non invasiva, particolarmente utile per la diagnosi precoce di tumori come quelli del polmone, del colon-retto e del pancreas. Inoltre, l'analisi degli esosomi consente ai medici di monitorare la progressione della malattia e la risposta alla terapia, seguendo i cambiamenti del loro contenuto molecolare nel tempo. Ad esempio, una diminuzione dei miRNA oncogeni potrebbe suggerire una risposta positiva alla chemioterapia. Gli esosomi sono anche all'avanguardia nelle applicazioni della biopsia liquida, che offre un'alternativa meno invasiva alle tradizionali biopsie tissutali e riflette il paesaggio genetico e proteomico dei tumori, fornendo indicazioni sulle mutazioni, sui meccanismi di resistenza e sulla presenza di cellule staminali tumorali.