Poliklonska antitijela imaju široku paletu medicinskih primjena i uobičajene su komponente antivenoma, antitoksina i lijekova protiv odbacivanja transplantata. Protutijela se također često koriste u dijagnostičkim laboratorijskim ispitivanjima i za istraživanja. Često se koriste zbog svoje sposobnosti da se vežu ili neutraliziraju specifični protein.
Protuotrov se može proizvesti korištenjem poliklonskih antitijela. Životinji se daju injekcije male količine određenog otrova, nakon čega životinja proizvodi antitijela koja napadaju i neutraliziraju otrov. Ovaj tijek liječenja može trajati mjesecima, ali nakon što se u krvotoku životinje uspostavi dovoljan broj antitijela, tehničari izvlače krv. Krv bogata antitijelima prolazi kroz odvajanje, pročišćavanje i daljnju obradu kako bi se izolirala poliklonska antitijela, koja se zatim mogu koristiti za liječenje ugriza određenih vrsta.
Antitoksin, ili antiserum, može se proizvesti na sličan način. Laboratoriji ubrizgavaju životinjama male količine određenog organizma, što proizvodi poliklonsko protutijelo koje neutralizira toksin. Izvađena krv se zatim koristi kao antitoksin za različite bolesti, kao što su botulizam i tetanus. Također se može koristiti krv pojedinaca koji se zaraze i prežive bolesti uzrokovane mikrobom. Na primjer, antiserum od preživjelih pacijenata često se koristi za liječenje ebole.
Sredstva za indukciju ili antiodbacivanje također su razvijena iz monoklonskih i poliklonskih antitijela dobivenih od životinja. Ovi se pripravci općenito daju odmah nakon operacije transplantacije. Protutijela u serumu ciljaju i napadaju T-stanice proizvedene u krvi transplantiranih pacijenata. Kada agens naiđe na T-stanicu, antitijela u serumu uništavaju ili konzumiraju stanicu, inhibirajući odbacivanje organa i tkiva. Studije pokazuju da pacijenti koji primaju indukcijske agense koji sadrže ova antitijela imaju manje nuspojava u usporedbi s onima koji primaju pripravke napravljene s monoklonskim antitijelima.
Laboratoriji često koriste poliklonska antitijela za otkrivanje bolesti u uzorcima krvi ili tkiva. Protutijela se vežu na površinske antigene virusa ili stanica raka, a to je djelovanje obično vidljivo pod mikroskopom. Takvi se testovi koriste za konačnu dijagnozu određenih vrsta encefalitisa, HIV-a i lajmske bolesti.
Ista tehnika se može koristiti za otkrivanje raka. Na primjer, test prostate specifičnog antigena (PSA) kombinira krv pacijenata s poliklonskim antitijelima u svrhu identifikacije stanica raka. Istraživači također koriste antitijela za procjenu načina na koji stanice komuniciraju i međusobno djeluju. Koristeći ovu metodu, znanstvenici bi mogli odrediti razliku između stanične aktivnosti u normalnim uvjetima i kada su podvrgnuti procesima bolesti.