As neoplasias malignas são consideradas a principal causa de mortalidade no mundo. A detecção precoce da doença é decisiva para a eficácia do tratamento, contudo as estratégias atuais de diagnóstico são limitadas. Nesse sentido, a descoberta de biomarcadores tumorais é uma alternativa promissora, especialmente quando associada a tecnologias inovadoras passíveis de miniaturização. A técnica de Phage Display permite selecionar peptídeos ligantes aos mais diversos alvos, superando a heterogeneidade dos tumores e abrindo caminhos para a evolução das práticas clínicas. Os peptídeos selecionados, além de apresentarem alta afinidade, pureza e baixo custo, podem ser utilizados em biossensores, em uma interface biotecnológica de reconhecimento. Os biossensores, por sua vez, são uma plataforma rápida, acessível, confiável, sensível e de fácil manuseio. Neste capítulo, são abordados os principais aspectos relacionados a tumores e os atuais desafios no diagnóstico da doença, bem como a utilização da técnica de Phage Display na descoberta de novos biomarcadores. Por fim, são apresentados os benefícios dos biossensores e sua versatilidade, em que ciência básica e aplicada convergem para a solução de problemas de saúde pública.