Oznaczanie stężenia D-dimerów jest wykonywane w podejrzeniu nasilenia procesów krzepnięcia i fibrynolizy. Oznaczanie znajduje zastosowanie w diagnostyce stanów zakrzepowo-zatorowych, a przede wszystkim w diagnostyce zatoru płucnego i zakrzepicy żył głębokich kończyn dolnych. Małe stężenie D-dimerów pozwala z bardzo dużym prawdopodobieństwem wykluczać te stany. W skojarzeniu z oznaczeniem FDP produktów degradacji fibrynogenu i nieusieciowanej fibryny, FDP (ang. fibrin/fibrinogen degradation products),  oznaczenie D-dimerów pozwala na  różnicowanie hiperfibrynolizy pierwotnej  (z wysokim stężeniem FDP) i wtórnej (z obecnością  D-dimerów) oraz na różnicowanie zespołu rozsianego wykrzepiania  wewnątrznaczyniowego, DIC (ang. disseminated intravascular coagulation). W zawale mięśnia sercowego wzrost stężenia D-dimeru jest nieznaczny.

D-dimery są fragmentami usieciowanej fibryny, która uległa degradacji w wyniku działania plazminy. W związku z tym wzrost stężenia D-dimeru odpowiada wzmożonej aktywności kaskady krzepnięcia z wytworzeniem usieciowanej fibryny oraz wtórnej aktywacji fibrynolizy. Oznaczanie D-dimerów jest bardziej specyficzne dla fibrynolizy niż oznaczanie FDP. Wytworzenie D-dimerów  wymaga bowiem działania trombiny do aktywacji czynnika XIII dla usieciowania fibryny i degradacji fibryny przez plazminę. Natomiast klasyczne testy, oznaczające fragmenty FDP nie pozwalają na odróżnienie działania plazminy na fibrynogen i fibrynę. Poziom FDP może być podniesiony mimo braku wykrzepiania.