每个人都携带一套独特的来自遗传的胚系突变信息。随着癌症的发展，更多的体细胞突变和基因组重排会逐渐增加。这些改变可引发耐药性及转移。越来越多的证据表明，这些过程是“有意的”，并且只有有限的几个具有明确的机制。纵向实验对于阐明疾病发展的机制很有用，在这些实验中人们随疾病进程而采集样品，以用来了解肿瘤复发和耐药性的原因。
处于正常组织背景下的多克隆肿瘤。大多数肿瘤样品包含肿瘤细胞和正常细胞。肿瘤本能包含几种不同的克隆亚型，每一个都有着不同的治疗反应和复发可能。
肿瘤样品通常包含正常细胞，如基质细胞、血管和免疫细胞。根据传统病理学的估计，大部分研究集中在那些肿瘤细胞核>60%的肿瘤。为了确定哪些突变是肿瘤特异的，通常分析要包含来自同一个体的正常组织样本作为参考。
肿瘤本身也可能是异质性的。在癌症发展进程中，个别细胞中可能存在新的突变，包含这些新突变的细胞会继续增殖，形成克隆。因此，晚期癌症通常包含多克隆肿瘤，其中每个克隆有一套独特的突变信息、独特的病理学和药物反应机制。深度测序可以检测样本中含量低至1%的克隆。
肿瘤内的异质性。体细胞突变的逐步累积产生了一个异质的多克隆肿瘤，其中不同克隆可能对治疗的反应不同。
在某些基因中，突变频繁发生在同一位置，这可能表明是特定的机制在起作用。然而，对于大多数基因，突变显然随机出现在整个基因中，这可能反映了复制和修复机制的失效。测序可以同时检测这两种突变。
