微衛星不穩定性 (microsatellite instability, MSI) 是因細胞分裂過程中，細胞在修復錯誤的 DNA 序列機制存在缺陷，導致微衛星簡單重複序列增加或缺失，使微衛星長度產生變化。 

在正常組織中，DNA 複製錯誤可被錯配修復 (mismatch repair, MMR) 機制修正；在腫瘤組織中，錯配修復功能會產生缺陷，無法修復複製錯誤的 DNA 而造成 MSI 產生，因此 MSI 與腫瘤的發生密切相關，且已被確定為某些癌症的生物標誌。

以大腸直腸癌為例，微衛星重複序列標記分為單核苷酸 (BAT-25、BAT-26、CAT-25、MONO-27、NR-21、NR-24、NR-27) 及雙核苷酸 (D2S123、D5S346 和 D17S250)。檢測正常組織與腫瘤組織的微衛星長度差異，可以針對微衛星位點設計螢光引子並進行 PCR，利用毛細管電泳對多型性擴增片段進行分離，通過螢光檢測系統得知擴增片段的長度，完成對微衛星的多型性的基因分型 (genotyping)。

MSI 分析通常偵測 5-6 種微衛星標記，每個核苷酸標記點需確認產物大小，當腫瘤組織與正常組織的產物差異 ≧3bp 以上的變化，該核苷酸標記點為陽性反應。標記結果 ≧2 個 (或>30%) 為陽性，為高度微衛星不穩定 (MSI-high, MSI-H)，只有 1 個標記結果為陽性，為低度微衛星不穩定 (MSI-low, MSI-L)，所有標記結果皆為陰性，為微衛星穩定者 (microsatellite stability, MSS)。