化疗药物是通过影响癌细胞的DNA、mRNA、蛋白质的合成，或者干扰癌细胞的有丝分裂，来发挥杀伤癌细胞的作用。DNA、mRNA、蛋白质都是癌细胞能够存活，以及能够不断分裂、增殖的必要物质基础。
有的化疗药物可以在不同环节上阻止癌细胞DNA的合成，抑制细胞的分裂、增殖，影响细胞的代谢。
有的化疗药物能够干扰核蛋白体的功能，阻止蛋白质的合成或影响氨基酸的供应，从而阻止蛋白质的合成。
还有的化疗药物能够直接与DNA结合，影响它的结构和功能或者直接使DNA断裂。
经过以上的生物学过程，癌细胞就死亡了。