Αν και υπάρχουν εκατοντάδες διαφορετικά φάρμακα που χρησιμοποιούνται για χημειοθεραπεία, όλα εμπίπτουν σε μερικές κοινές κατηγορίες. Οι αλκυλιωτικοί παράγοντες και οι αναστολείς τοποϊσομεράσης επιτίθενται στο DNA των καρκινικών κυττάρων, εμποδίζοντάς τα από την αναπαραγωγή και επιβραδύνοντας την ανάπτυξη του όγκου. Οι αντιμεταβολίτες εμποδίζουν την ικανότητα των καρκινικών κυττάρων να χρησιμοποιούν την τροφή για ενέργεια και να συνθέτουν DNA. Η κυτταρική διαίρεση μπορεί να σταματήσει με τη χρήση αλκαλοειδών βίνκα. Τα κυτταροτοξικά αντιβιοτικά, γνωστά και ως ανθρακυκλίνες, διαταράσσουν τη σύνθεση RNA και την αναπαραγωγή DNA στα κύτταρα.
Μερικοί από τους κύριους τύπους χημικών ουσιών χημειοθεραπείας είναι αλκυλιωτικοί παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της κατηγορίας φαρμάκων που είναι γνωστές ως νιτροζουρίες. Αυτά τα φάρμακα δρουν καταστρέφοντας το DNA στα καρκινικά κύτταρα, ιδιαίτερα κατά τη φάση της σύνθεσης, με αποτέλεσμα να μην μπορούν να αναπαραχθούν και να εξαπλωθούν. Μπορούν να χορηγηθούν σε ασθενείς ενδοφλεβίως ή σε ορισμένες περιπτώσεις μπορούν να ληφθούν από το στόμα. Τα φάρμακα αυτής της κατηγορίας περιλαμβάνουν κυκλοφωσφαμίδη, σισπλατίνη και μεχλωραιθαμίνη.
Οι αναστολείς τοποϊσομεράσης είναι μια άλλη ποικιλία χημικών που χρησιμοποιούνται συχνά στη χημειοθεραπεία. Όπως οι αλκαλιτικοί παράγοντες, βλάπτουν το DNA των καρκινικών κυττάρων, καταστρέφοντας την ικανότητά τους να αναπαράγονται. Η κύρια διαφορά είναι ότι οι αναστολείς τοποϊσομεράσης λειτουργούν ενώ το κύτταρο αναπαράγεται αντί για μετά. Η ταξόλη και η τοποτεκάνη είναι φάρμακα αυτού του τύπου, τα οποία χορηγούνται κυρίως ενδοφλεβίως.
Οι αντιμεταβολίτες είναι ένας άλλος τύπος χημικής ουσίας που χρησιμοποιείται συχνά στη θεραπεία πολλών τύπων καρκίνου. Μιμούνται τις πουρίνες, μια ουσία που απαιτείται για τη δημιουργία DNA κατά τη φάση σύνθεσης της κυτταρικής αναπαραγωγής. Αυτό εμποδίζει τα καρκινικά κύτταρα να αναπτυχθούν κανονικά, με αποτέλεσμα να μην μπορούν να αναπαραχθούν. Αναστέλλουν επίσης την ικανότητα των καρκινικών κυττάρων να χρησιμοποιούν θρεπτικά συστατικά για να παράγουν ενέργεια. Η 6-μερκαπτοπουρίνη και η 5-φθοροουρακίλη είναι παραδείγματα αυτού του τύπου φαρμάκου χημειοθεραπείας, τα οποία μπορούν να ληφθούν από το στόμα ή να χορηγηθούν με IV.
Μια άλλη ομάδα κοινώς χρησιμοποιούμενων χημικών ουσιών χημειοθεραπείας είναι τα φυτικά αλκαλοειδή, ιδιαίτερα αυτά που είναι γνωστά ως αλκαλοειδή βίνκα. Αυτές οι ουσίες δρουν στα καρκινικά κύτταρα κατά τη μετάφασή τους δεσμεύοντας τις πρωτεΐνες που απαιτούνται για την επιτυχή κυτταρική διαίρεση. Συνήθως χορηγούνται μέσω IV, αυτά τα φάρμακα περιλαμβάνουν βινκριστίνη και βινμπλαστίνη.
Οι ανθρακυκλίνες, οι οποίες είναι αντικαρκινικά αντιβιοτικά, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν κατά τη χημειοθεραπεία για διάφορους καρκίνους. Λειτουργούν μπλοκάροντας τη σύνθεση RNA και εμποδίζουν τους κλώνους του DNA να επανασυνδεθούν μεταξύ τους, καταστρέφοντας την ικανότητα του καρκίνου να αναπτύσσεται και να αναπαράγεται. Οι χημικές ουσίες αυτής της κατηγορίας περιλαμβάνουν μιτοξαντρόνη, δοξορουβικίνη και δαουνορουβικίνη. Αυτά τα φάρμακα γενικά χορηγούνται ενδοφλέβια, καθώς μπορεί να έχουν βλαβερές επιδράσεις σε ιστούς άλλους από το αίμα.