La plupart des médicaments atteignent la cellule cancéreuse au moment où elle se divise, en faussant le mécanisme délicat de la division cellulaire. Les tumeurs peu actives seront donc peu touchées. A l'inverse, les tissus sains très actifs (cellules sanguines, muqueuse, peau) seront atteints facilement, et devront donc se régénérer. Toutes les drogues ont une toxicité hématologique plus ou moins forte, et le plus souvent une toxicité non-hématologique.

La plupart des chimiothérapies ont un risque hématologique. La chute des polynucléaires correspond à une atteinte des cellules intermédiaires ou souches, mais qui réparent leur DNA (p53 et autres mécanismes actifs) et repoussent au bout d’un certain temps. Eventuellement, il faudra corriger le risque infectieux (ou hémorragique pour les plaquettes).

Plus la dose administrée est forte, plus on a des chances de tuer un grand nombre de cellules cancéreuses, mais aussi de cellules saines. Ainsi, les ostéosarcomes nécessitent de fortes doses de méthotrexate, que l'on se permet grâce à l'administration rapide d'un antidote, l'acide folinique. Ainsi, l'administration de fortes doses de chimiothérapie peut se faire sous couvert d'une greffe de moelle, remplaçant les cellules hématopoïétiques détruites définitivement.

Absence de spécificité

En effectuant des cures successives, on permet aux cellules souches normales (et aux cellules cancéreuses) de "récupérer".

Schéma expliquant la relative spécificité de la chimiothérapie et l’intérêt de l’utilisation des cures.

En général, les cellules normales récupèrent plus vite que les cellules cancéreuses. Le rythme des cures dépend de ce temps de récupération (en général plus long pour les personnes âgées), et/ou de la rapidité de multiplication tumorale (plus court pour les tumeurs embryonnaires, les sarcomes osseux).

Si les cellules cancéreuses sont mal irriguées, ou plus ou moins quiescentes (centre de la tumeur), elles reçoivent moins d’antimitotiques, et y sont moins sensibles. D'où l'intérêt fréquent d'une chirurgie première de réduction.

On associe, le plus souvent, plusieurs médicaments, parce que leur effet biologique théorique peut être légèrement différent, et parfois synergique, leur toxicité non hématologique n'est pas identique, et surtout parce que l'expérience a montré que ces associations étaient plus efficaces et bien tolérées.