เจมซิทาบีนใช้เป็นยารักษามะเร็งเป็นหลัก โดยเฉพาะในการรักษาโรคมะเร็งหลายชนิด เช่น มะเร็งตับอ่อน (มักใช้เป็นการรักษาชั้นแรก) มะเร็งปอดชนิดที่ไม่ใช่เซลล์เล็ก มะเร็งเต้านม และมะเร็งรังไข่ โดยออกฤทธิ์ยับยั้งการสังเคราะห์ DNA ทำให้เซลล์มะเร็งไม่สามารถเพิ่มจำนวนและแพร่กระจายได้ ในทางคลินิกมักใช้ร่วมกับยาเคมีบำบัดอื่นๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังใช้ในการดูแลแบบประคับประคองเพื่อบรรเทาอาการและยกระดับคุณภาพชีวิตผู้ป่วยมะเร็งระยะก้าวหน้า การวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่เกี่ยวกับการนำไปใช้รักษามะเร็งชนิดอื่นๆ ยังคงขยายขอบเขตการประยุกต์ใช้ในมะเร็งวิทยา