HLA在医学上有非常多的应用价值，下面简要介绍四个主要研究方向。
- 器官移植
HLA的研究原先是在器官移植研究推动下所开展起来的研究方向，故此，HLA又称移植抗原，临床实践表明，同种异体移植(除同卵双生子外）的排斥反应是移植成功的最大障碍。
在遗传学中，MHC是作为一个单位孟德尔式传递的。因此，同胞之间可有HLA相同、半相同和不同这3种情况。
实践证明，HLA相同的同胞供者的肾移植，90%以上效果良好；单体型不同的供者，效果明显下降；两单型皆不同者则很少存活。HLA本质和功能的揭示，为移植配型提供了重要的理论依据。可以说，器官移植是当代医学一项重要成就。
- 疾病的遗传标志
1972年Russel第一个报告银屑病（牛皮癣）患者携带HLA-B13或HLA-B17。此后陆续发现大量其它疾病与特定的HLA相关，其中，HLA-B27抗原见于大约90%的强直性脊椎炎病人，由此HLA-B27在临床检测中作为强直性脊柱炎的标志物，以至使HLA分型具有了诊断价值，甚至，能较早地证实疾病亚型之间的临床区别，例如，寻常银屑病与HLA相关，而脓疱性银屑病则不然；青少年性胰岛素依赖型糖尿病与HLA-B8、HLA-Bw15和HLA-B18相关，而晚期发作型糖尿病并无这种相关性。
因此，特定类型的HLA便成为某些疾病的遗传标志。在疾病研究的延伸面，是关于HLA与长寿的关系，目前亦形成一个新的研究热点。目前研究比较清楚的几个HLA与自身免疫疾病相关关系如下表：
- 法医
HLA因其高度多态性而成为最能代表个体特异性并伴随个体终身的稳定的遗传标志，在无关个体之间HLA型别完全相同的几率级低。法医学通过HLA基因型或表型检测进行个体识别以“验明正身”，同时因其单倍型遗传特征，也是亲子鉴定的重要手段。
- 癌症
一些HLA介导的疾病直接参与促进了癌症发展。比如麸质敏感性肠病与肠病相关T细胞淋巴瘤的患病率增加相关，且DR3-DQ2纯合子属于风险最高的组，接近80％的病例显示谷蛋白敏感性肠病与T细胞淋巴瘤相关。
然而，更常见的是，HLA分子起保护作用，识别由于正常状态的低水平而不能耐受的抗原的增加。异常细胞可能是细胞凋亡的靶点，人们认为细胞凋亡在诊断前会介导许多癌症。
