化療藥物依據它們的作用機制分為幾大類：
1、烷化劑：烷化劑直接作用於DNA上，防止癌細胞再生。此類藥物對慢性白血病、惡性淋巴瘤、何傑金氏病、多發性骨髓瘤、肺癌、乳腺癌和卵巢癌具有療效。烷化劑主要有白消安、順氯氨鉑、環磷酰胺(癌得星)、氮烯咪胺、異環磷酰胺、二氯甲二乙胺(鹽酸氮芥)和苯丙氨酸氮芥。
2、抗代謝藥：抗代謝藥幹擾DNA和RNA的合成，用於治療慢性白血病、乳腺癌、卵巢癌、胃癌和結直腸癌。抗代謝藥主要有5-氟脲嘧啶、甲氨蝶呤、阿糖胞苷和環胞苷。
3、抗腫瘤抗生素：抗腫瘤抗生素通過抑制酶的作用和有絲分裂或改變細胞膜來幹擾DNA。抗腫瘤抗生素為細胞周期非特異性藥物，廣泛用於對癌癥的治療。抗腫瘤抗生素主要有博來黴素、更生黴素、紅必黴素、阿黴素和黃膽素。
4、植物類抗癌藥：植物類抗癌藥都是植物堿和天然產品，它們可以抑制有絲分裂或酶的作用，從而防止細胞再生必需的蛋白質合成。植物類抗癌藥常與其它抗癌藥合用於多種癌瘤的治療。植物類抗癌藥主要有長春堿、長春新堿、三尖杉酯堿、足葉乙甙和威蒙。
5、雜類：另外壹些化療藥物具有不同的作用機制，不屬於上面幾類。其中包括門冬酰胺酶和維甲酸。
6、激素：皮質類固醇激素用於治療淋巴瘤、白血病和多發性骨髓瘤等癌癥。當激素用於殺死癌細胞或減緩癌細胞生長時，可以把它們看成化療藥物。皮質類固醇激素有強的松和氟美松。性激素用於減緩乳腺癌、前列腺癌和子宮內膜癌的生長。它包括雌激素、抗雌激素、黃體酮和男性激素。性激素的作用方式不同於細胞毒素藥物，屬於特殊的化療範疇。
7、免疫制劑：免疫制劑可以刺激癌癥病人的免疫系統更有效地識別和攻擊癌細胞。它們屬於特殊的化療範疇。
化療對人體的傷害是非常大的，化療藥物並不能識別正常細胞和癌細胞的區別，化療清除正在高速復制分裂的癌細胞的同時，對正常細胞也會產生影響，區別與化療，靶向治療具有明顯的優勢，靶向治療可以消滅癌細胞，但是對正常細胞的影響是非常小的