Τα φάρμακα χημειοθεραπείας στοχεύουν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά καρκινικών κυττάρων, τα οποία είναι μη φυσιολογικά κύτταρα των οποίων το γενετικό υλικό έχει μεταλλαχθεί. Το ποσοστό μετάλλαξης είναι τόσο υψηλό που κάθε όγκος αποτελείται από κύτταρα με διαφορετικές μεταλλάξεις. Αυτά μπορούν να επιτρέψουν στο κύτταρο και τα προϊόντα του να αλλάξουν εμφάνιση. Το αντικαρκινικό φάρμακο μπορεί να μην αναγνωρίζει τα κύτταρα-στόχους ή ο όγκος μπορεί να εμποδίσει ενεργά το φάρμακο να κάνει τη δουλειά του. Οι μεταλλάξεις και τα αποτελέσματά τους είναι επομένως πολύ σημαντικά για την έρευνα σχετικά με την αντοχή στα φάρμακα στον καρκίνο.
Η αντοχή στα φάρμακα στον καρκίνο αναπτύσσεται όταν ο όγκος περιέχει τόσο ευαίσθητα όσο και ανθεκτικά κύτταρα. Το φάρμακο σκοτώνει τα ευαίσθητα κύτταρα αλλά αφήνει τα ανθεκτικά. Αρχικά, το φάρμακο μπορεί να συρρικνώσει τον όγκο και η θεραπεία φαίνεται να αποδίδει.
Καθώς ένα χαρακτηριστικό των καρκινικών κυττάρων είναι ότι πολλαπλασιάζονται ανεξέλεγκτα, τα υπολείμματα του καρκίνου μπορούν να αρχίσουν να αναπτύσσονται ξανά. Ως εκ τούτου, η χημειοθεραπεία συνήθως χρησιμοποιεί περισσότερα από ένα φάρμακα. Οι διαφορετικές δράσεις των φαρμάκων μπορούν να στοχεύουν κύτταρα με διάφορες μεταλλάξεις.
Κάθε φορά που ένα κύτταρο αναπαράγεται, το γενετικό υλικό μέσα στο κύτταρο μπορεί να υποφέρει από μετάλλαξη, η οποία είναι μια αλλαγή στη γενετική αλληλουχία. Τα γονίδια ενός κυττάρου είναι το προσχέδιο για τη δομή και τα προϊόντα αυτού του κυττάρου. Οι μεταλλάξεις μπορεί να είναι ευεργετικές, ουδέτερες ή επιζήμιες για το κύτταρο. Οι ευεργετικές μεταλλάξεις μερικές φορές επιτρέπουν στο κύτταρο να επιβιώσει από την επίθεση, και αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αντίσταση στα φάρμακα στον καρκίνο.
Περιστασιακά, τα καρκινικά κύτταρα μπορεί να περιέχουν μη φυσιολογική ποσότητα χρωμοσωμάτων. Οι άνθρωποι έχουν συνήθως 46 χρωμοσώματα, από τα οποία τα μισά είναι διπλά των άλλων 23. Η αντίσταση στα φάρμακα στον καρκίνο είναι πιο πιθανή εάν ο όγκος περιέχει κύτταρα με λιγότερα ή περισσότερα από 46 χρωμοσώματα.
Τα αντικαρκινικά φάρμακα μπορεί να χρειαστεί να εισέλθουν στο κύτταρο για να εκτελέσουν τη θεραπευτική δράση. Τα εξωτερικά δομικά συστατικά του κυττάρου μπορούν να αλλοιωθούν μέσω μιας γενετικής μετάλλαξης. Αυτά τα συστατικά μπορούν να τροποποιηθούν ή ο αριθμός των στόχων για τα φάρμακα μπορεί να μειωθεί.
Στην περίπτωση του υποδοχέα οιστρογόνου σε καρκίνους του μαστού ή των ωοθηκών, το συστατικό στόχο μπορεί να χαθεί εντελώς. Σε αυτές τις περιπτώσεις, το φάρμακο δεν μπορεί να περάσει από τη μεμβράνη σε επαρκείς ποσότητες ή καθόλου. Τα καρκινικά κύτταρα μπορεί επίσης να είναι σε θέση να στείλουν το φάρμακο πίσω από το κύτταρο αφού εισέλθει. Το καρκινικό κύτταρο μπορεί επίσης να έχει αυξημένη ικανότητα να διασπά το φάρμακο μόλις μπει μέσα.
Ένα άλλο φάρμακο μπορεί να δράσει δεσμεύοντας σε ένα συγκεκριμένο μόριο και εμποδίζοντας τη λειτουργία του. Εάν το γονίδιο του στόχου είναι μεταλλαγμένο, η εμφάνιση του μορίου μπορεί να αλλάξει αρκετά ώστε να αποφευχθεί η ανίχνευση από το φάρμακο. Το κύτταρο μπορεί επίσης να παράγει αυξημένη συγκέντρωση του μορίου στόχου, επιτρέποντας σε κάποιους να διαφύγουν από το φάρμακο. Αυτό μπορεί να συμβεί εάν το γονιδίωμα του κυττάρου περιέχει περισσότερα αντίγραφα του σχετικού γονιδίου από ό,τι συνήθως ή εάν το κύτταρο μπορεί να διεγείρει το γονίδιο να παράγει πολλά περισσότερα μόρια από το συνηθισμένο.