目前使用斑马鱼进行的研究非常广泛，涵盖多个领域。已经在发育生物学、肿瘤学、毒理学、生殖医学、畸形学、遗传学、神经科学、环境科学、细胞学、再生医学和进化理论等领域取得进展。
基因表达
由于斑马鱼的生命周期较短、可控性强，故常被用作遗传学研究的模型动物。基因敲降（knockdown）和用反义吗啡啉（morpholino）进行修改RNA剪接是常用的反向遗传学技术。人工合成的高分子吗啡啉基寡核苷酸包含与DNA、RNA相同的核苷；通过与互补序列结合，他们可以减少特定基因的表达或者阻碍其它RNA上进行的过程。
转基因斑马鱼构建
转基因是一种研究斑马鱼基因的功能的常见手段。通过使用Tol2转位子体系的方法，构建转基因品种斑马鱼尤其容易。
癌症研究
斑马鱼被用来生产包括黑色素瘤、白血病、胰腺癌和肝细胞癌等癌症研究时使用的转基因模型。表达突变的BRAF或NRAS癌基因的斑马鱼模型在置于缺乏肿瘤蛋白（p53）的背景下会得上黑色素瘤。在组织学上，这些肿瘤高度类似于人类疾病，是可移植入人体的，并且展现了大范围的基因组变化。在另外一项研究中，这一模型被用来研究人类黑色素瘤中扩增和过表达的基因的功能作用。SETDB1基因能在斑马鱼体内显著地加速肿瘤生成，从而显示了其作为致癌基因的性质。这一点尤为重要，因为目前已知SETDB1参与了表观遗传调控，而表观遗传调控越发地被认为是肿瘤细胞生物学的核心。
药物研发
如同在许多进行中的研究项目所演示的那样，斑马鱼模型使得研究者不仅能够识别除引发人类疾病的基因，也可以用来在药物开发项目中开发新的治疗药剂。斑马鱼胚胎是一种快速、性价比高且可靠的致畸检验模型。使用斑马鱼进行药物筛查可以识别具有生物学疗效的新的化合物种类，或者发现已知药物的新用途。例如一种常用的剂（瑞舒伐他汀）通过斑马鱼试验发现可以控制前腺癌的生长。目前已经进行过多项小分子筛查，其中部分已经进行临床试验。
心血管疾病
在心血管研究领域，斑马鱼被用来模拟凝血、血管新生、心脏衰竭、心脏瓣膜异常和先天性心脏病方面的研究。
免疫系统
研究急性炎症中，研究人员已经建立了炎症研究的斑马鱼模型以及相关处理机制，使得研究人员能对炎症的遗传控制机制进行细化研究，并且有可能以此识别有潜力的新药物。斑马鱼在研究脊椎动物的固有免疫方面是广泛使用的模式生物（固有免疫能够在受精后28～30小时内进行吞噬作用，吞噬作用是免疫反应的重要一环）。与之对比，适应性免疫（也称特异性免疫、获得性免疫、后天性免疫）在受精后至少四周才能在功能上达到成熟状态。
再生能力
斑马鱼在幼鱼阶段能够再生其鳍、皮肤、心脏、体侧线的毛细胞以及大脑。在2011年，英国心脏基金会（British Heart Foundation）广告宣传以公布其将这项能力应用于人体的企划。
斑马鱼也被发现可在创伤后再生感光细胞与视网膜神经。目前研究显示，这是由米勒细胞（Muller glia）的去分化与增殖介导的。研究人员不断截断背上以及腹面上的尾鳍，并且分析其再生以观测其突变。已经发现，组蛋白去甲基化酶（Histone methylation）在截肢部位出现，使得斑马鱼的细胞重新活跃为可再生的类似于干细胞的状态。2012年，澳大利亚科学家发布的一项研究表明，斑马鱼使用一种被称为成纤维细胞生长因子的特异的蛋白质以确保其脊髓可以痊愈而无胶质瘢痕（glial scar）。此外，斑马鱼后侧体侧线的毛细胞被发现可以在创伤后或者发育中断后再生。对其再生期间基因表达的研究使得若干重要的信号通路得以被识别出来，例如Wnt信号通路和成纤维细胞生长因子等。
视网膜损伤
斑马鱼的另一显著特征在于其拥有四种视锥细胞，除人体内拥有的红色、绿色、蓝色敏感视锥细胞外，拥有紫外线敏感细胞。斑马鱼因此可以看见非常广的色谱。故斑马鱼也被用于研究视网膜的发育，尤其是视锥细胞如何在视网膜中形成镶嵌方面。斑马鱼和一些真骨类鱼类以其视网膜上的视锥细胞镶嵌排列备受科学家关注。伦敦大学学院的研究人员培养出一种成年斑马鱼干细胞，这些干细胞在斑马鱼和哺乳动物的眼睛中被发现，且会发育成视网膜神经。这些细胞可以注射进入眼部，用于治疗损坏视网膜神经的疾病，此类疾病涵盖大部分眼疾，包括黄斑部退化、青光眼、糖尿病相关失明等。研究人员研究了人眼中的Müller细胞，其研究对象年龄从18个月大到91岁。研究中，科研人员能够将这些细胞培养为所有种类的视网膜神经细胞。研究团队在实验室可以轻松地培育这些细胞，并且还将培育出的干细胞移植进入大鼠视网膜中对周围的神经进行观察，研究人员称这些干细胞试图以与在人体内相同的方式发育。
环境监测
研究人员修改了斑马鱼的基因，使得其能够用于探测水体中的雌激素污染，这一污染被认为与男性不育有关。研究人员克隆了对雌激素敏感的基因，将之注入斑马鱼的受精卵中，得到的转基因鱼会在感知污染时变绿。
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