В човешкия организъм има два отделни холинестеразни ензима: ацетилхолинестераза, открива се в червените кръвни клетки, белите дробове, далака, нервните окончания и сивото мозъчно вещество, и псевдохолинестераза (бутирилхолинестераза), открива се в серума, черния дроб, мускулите, панкреаса, сърцето и бялото мозъчно вещество. Холинестеразните тестове измерват активността на тези ензими.

Холинестераза е единствения ензим, чието намаление в серума има важно диагностично значение:

• при съмнение за отравяне (остро или при хронична експозиция) с фосфор-органични съединения, съдържащи се в някои селскостопански препарати/пестициди. Абсорбцията може да се получи при вдишване, поглъщане или контакт с кожата.

• при съмнение за наследствен дефицит на псевдохолинестераза (атипични форми, дължащи се на генетичен вариант на ензима). Този ензим се използва от организма за инактивиране (метаболизиране) на мускулния релаксант сукцинилхолин, който обикновено се използва по време на операции. Хората, които имат ниски нива или дефектна псевдохолинестераза, по-бавно инактивират медикамента и са изложени на риск от по-продължителното му действие, с продължителна мускулна парализа и апнея след анестезията. Предоперативно тестване на холинестераза може да се извърши на пациенти с фамилна анамнеза за продължителна апнея след употреба на сукцинилхолин, за да се определи дали те са изложени на риск от усложнения, свързани с това лекарство.

• при чернодробни заболявания като маркер за белтъксинтетичната функция на черния дроб (тъй като самият ензим се синтезира там).