CEA es una glucoproteína de la superficie celular fuertemente glucosilada y una de una gran familia de moléculas relacionadas pertenecientes a lo que ahora está de moda en llamar una superfamilia, que también incluye las inmunoglobulinas. Esta clasificación general se basa en el grado de similitud entre los dominios de proteínas diferentes. CEA es una glucoproteína no mucinosa, de 180 kDa, secretada por las células epiteliales del tracto digestivo en el feto normal y en cánceres en adultos. 
CEA a menudo es una prueba muy útil como parte del diagnóstico multiparamétrico de cáncer. El uso más importante de los ensayos de CEA está en el manejo de los pacientes con cáncer con un seguimiento seriado para determinar lo siguiente: la recidiva o diseminación metastásica del cáncer después de la terapia de primera línea; la presencia de cáncer residual o metástasis oculta; la eficacia del tratamiento y el pronóstico y la estadificación de los pacientes, cuando se usa con otros tipos de información adicional en el cáncer colorrectal y el cáncer de pulmón. La mayoría de los pacientes con cáncer colorrectal con CEA preoperatorio con más de 20 ng/ml manifestaría recidiva a 14 meses de la cirugía.
Aunque el CEA está principalmente asociado con cánceres colorrectales, otras neoplasias malignas que pueden provocar elevadas concentraciones de CEA son las derivadas del pulmón, de la mama, del estómago, del ovario, del páncreas y de otros órganos. Algunas condiciones médicas benignas también pueden ser responsables de niveles de CEA significativamente mayores que lo normal. Estas incluyen enfermedades inflamatorias de los pulmones y del tracto gastrointestinal (GI) y enfermedades hepáticas benignas. Los fumadores empedernidos, como grupo, también tienen un rango de valores elevados de CEA. Sin embargo, la aplicación clínica más útil del análisis de CEA es una prueba no invasiva para la recidiva del cáncer colorrectal. Este se diagnostica particularmente en pacientes cuyos niveles posoperatorios inicialmente disminuyeron a un nivel normal en un plazo de 6 semanas. Las concentraciones de CEA aumentaron significativamente cuando el hígado es el sitio metastásico para un cáncer colorrectal primario. Se debe sospechar que los pacientes con elevados niveles preoperativos de CEA que no logren reducirlos a los valores normales después de la terapia de primera línea tengan una enfermedad residual o cáncer oculto. En todos estos pacientes, el aumento o la disminución de los valores de CEA normalmente refleja la progresión o regresión de la enfermedad como una función del tratamiento terapéutico. CEA puede ser utilizado para clasificar la enfermedad y estimar el pronóstico. Existe una buena correlación entre los valores de CEA preoperatorios y un mayor riesgo de recidiva de la enfermedad, especialmente en el estadio C de Dukes del cáncer colorrectal. El cáncer colorrectal completamente diferenciado suele secretar CEA copiosamente en comparación con tumores indiferenciados, que están asociados con niveles bajos o no expresan el antígeno.
A pesar de su uso generalizado, no es adecuada como prueba de cribado para personas asintomáticas, ni es una prueba de diagnóstico fiable en pacientes con síntomas que pueden deberse a un cáncer. Esto es debido a la considerable incidencia de falsos positivos y de falsos negativos. Sin embargo, ha sido ampliamente aceptado el uso de la prueba de CEA como prueba coadyuvante en el pronóstico y como ayuda en el manejo de los pacientes con cáncer.