Trong điều trị ung thư hiện đại, tế bào gốc đóng vai trò quan trọng trong việc giúp bệnh nhân hồi phục sau các liệu pháp hóa trị và xạ trị mạnh mẽ. Những phương pháp này có thể tiêu diệt không chỉ các tế bào ung thư mà còn phá hủy cả các tế bào gốc trong tủy xương, ảnh hưởng đến khả năng sản sinh máu của cơ thể. Để khôi phục chức năng sản sinh máu, tế bào gốc được cấy ghép giúp tái tạo hệ thống máu và hỗ trợ cơ thể chống lại nhiễm trùng cũng như các tác động phụ khác của điều trị ung thư. Bên cạnh đó, trong một số trường hợp, các tế bào gốc có thể giúp tiêu diệt các tế bào ung thư còn sót lại, làm tăng hiệu quả điều trị​.