Poliklonska protitelesa imajo široko paleto medicinskih uporab in so pogosta sestavina protistrupov, antitoksinov in zdravil proti zavrnitvi presadka. Protitelesa se pogosto uporabljajo tudi pri diagnostičnih laboratorijskih preiskavah in raziskavah. Pogosto se uporabljajo zaradi njihove sposobnosti vezave ali nevtralizacije določene beljakovine.
Protistrup lahko proizvedemo s poliklonskimi protitelesi. Žival dobi injekcije majhnih količin določenega strupa, nato pa žival proizvede protitelesa, ki napadejo in nevtralizirajo strup. Ta potek zdravljenja lahko traja več mesecev, vendar potem, ko se v krvnem obtoku živali vzpostavi zadostno število protiteles, tehniki izvlečejo kri. Kri, bogata s protitelesi, je podvržena ločevanju, čiščenju in nadaljnji obdelavi, da se izolirajo poliklonska protitelesa, ki se nato lahko uporabijo za zdravljenje ugrizov določenih vrst.
Antitoksin ali antiserum je mogoče izdelati na podoben način. Laboratoriji živalim injicirajo majhne količine določenega organizma, ki povzroči odziv poliklonskih protiteles, ki nevtralizira toksin. Izvlečena kri se nato uporablja kot antitoksin za različne bolezni, kot sta botulizem in tetanus. Uporabi se lahko tudi kri posameznikov, ki zbolijo in preživijo bolezni, ki jih povzročajo mikrobi. Na primer, antiserum preživelih bolnikov se pogosto uporablja za zdravljenje ebole.
Iz monoklonskih in poliklonskih protiteles, pridobljenih iz živalskih subjektov, so bila razvita tudi sredstva za indukcijo ali proti zavrnitvi. Ti pripravki se običajno dajejo takoj po operaciji presaditve. Protitelesa v serumu ciljajo in napadajo T-celice, proizvedene v krvi bolnikov s presaditvijo. Ko povzročitelj naleti na T-celico, protitelesa v serumu celico uničijo ali zaužijejo in zavirajo zavrnitev organov in tkiv. Študije kažejo, da imajo bolniki, ki prejemajo indukcijska sredstva, ki vsebujejo ta protitelesa, manj stranskih učinkov v primerjavi s tistimi, ki prejemajo pripravke, narejene z monoklonskimi protitelesi.
Laboratoriji pogosto uporabljajo poliklonska protitelesa za odkrivanje bolezni v vzorcih krvi ali tkiva. Protitelesa se vežejo na površinske antigene virusov ali rakavih celic in to vezavno delovanje je običajno vidno pod mikroskopom. Takšni testi se uporabljajo za dokončno diagnosticiranje nekaterih vrst encefalitisa, HIV in lajmske bolezni.
Ista tehnika se lahko uporablja za odkrivanje raka. Na primer, test prostate specifičnega antigena (PSA) združuje kri bolnikov s poliklonskimi protitelesi za namen identifikacije rakavih celic. Raziskovalci uporabljajo tudi protitelesa za oceno, kako celice komunicirajo in medsebojno delujejo. Z uporabo te metode bodo znanstveniki morda lahko ugotovili razliko med celično aktivnostjo v normalnih pogojih in ko so izpostavljeni procesom bolezni.