ฟลูดาราบีนใช้เป็นยาต้านมะเร็ง โดยเฉพาะในการรักษาโรคลูคีเมียชนิดลิมโฟไซติกเรื้อรัง (CLL) ซึ่งเป็นมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดหนึ่ง ออกฤทธิ์โดยการรบกวนการสังเคราะห์ดีเอ็นเอในเซลล์ที่แบ่งตัวเร็ว เช่น เซลล์มะเร็ง ทำให้เซลล์เหล่านี้ไม่สามารถเจริญเติบโตและตายลงได้ มักใช้ในผู้ป่วยที่ไม่ตอบสนองต่อการรักษาด้วยยาอื่น เช่น คลอแรมบูซิล โดยสามารถใช้เดี่ยวๆ หรือร่วมกับยาอื่นๆ เช่น ไซโคลฟอสฟาไมด์ หรือริทุซิแมบ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการรักษา ฟลูดาราบีนยังใช้ในกระบวนการเตรียมผู้ป่วยก่อนการปลูกถ่ายไขกระดูกหรือสเต็มเซลล์ เนื่องจากช่วยลดจำนวนเซลล์ภูมิคุ้มกันของผู้ป่วย ทำให้ร่างกายยอมรับเซลล์ที่ปลูกถ่ายได้ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม ยาชนิดนี้อาจทำให้เกิดผลข้างเคียง เช่น ลดจำนวนเม็ดเลือดขาว เกล็ดเลือด และเซลล์เม็ดเลือดแดง รวมถึงอาจมีผลต่อระบบประสาทในบางกรณี จึงต้องใช้ภายใต้การดูแลของแพทย์อย่างใกล้ชิด