Syöpä, joka on hallitsematon solujen kasvu, jolla on haitallisia vaikutuksia elimiin ja muihin kehon kudoksiin, voidaan yhdistää altistumiseen tietyille ympäristön kemikaaleille. Syöpäsolut tulevat vahingollisiksi, kun ne lisääntyvät siihen pisteeseen, että ne tunkeutuvat naapurikudokseen ja lopulta leviävät muihin kehon järjestelmiin. Usein solun hallitsematon kasvu käynnistyy toistuvalla altistumisella myrkylliselle kemikaalille, jota kutsutaan myös karsinogeeniksi. Kemikaalit ja syöpätapahtumat kulkevat käsi kädessä. Suurin osa syövän etiologiaa koskevista tutkimuksista keskittyy erityiseen ympäristösyyyn, kuten kemialliseen altistumiseen työpaikalla tai altistumiseen esimerkiksi elämäntapojen valinnan seurauksena.
Yhteys kemikaalien ja syövän välillä alkaa, kun kemiallinen karsinogeeni aloittaa muutoksen deoksiribonukleiinihapossa (DNA), prosessia, jota kutsutaan aloittamiseksi. Normaalioloissa kehon puolustusjärjestelmä voi tunnistaa ja korjata DNA: n vaurioituneet osat, mutta jos solu alkaa lisääntyä, vaurio on edelleen läsnä geneettisessä koodissa, ja seurauksena on epänormaali solu, jolla on syöpäpotentiaali. Yksittäinen tai muutama aloitusprosessi ei yleensä riitä aiheuttamaan syövän kehittymistä; usein nähdään muita tekijöitä, joita yleensä kutsutaan “promoottoreiksi”, jotka näyttävät olevan läsnä hallitsemattoman kasvun aikana. Nämä promoottorit sisältävät sellaisia tekijöitä, kuten altistuminen alkuperäiselle kemikaalille suurina määrinä pitkän ajan kuluessa, ravitsemuksellinen puute tai geneettinen taipumus syöpään. Kemikaalien ja syövän välistä yhteyttä ei ymmärretä täysin, mutta useimmat tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että yksi näistä promoottoreista on yleensä läsnä syövän kehittymisen yhteydessä.
Kemikaaleja ja syöpää koskevaa tutkimusta on tehty vuosikymmeniä; ehkä tunnetuin tutkimus teollisesta ja tupakansavusta mahdollisena syöpää aiheuttavana aineena alkoi Yhdysvalloissa 1930-luvulla. Teollisuus- ja tupakansavusta on löydetty vuosikymmenten aikana kymmeniä syöpää aiheuttavia kemikaaleja, kuten bentsopyreeniä ja formaldehydiä. Toinen esimerkki tavallisesta huolta aiheuttavasta kemikaalista on polyvinyylikloridi, joka syntyy PVC -putken valmistuksen yhteydessä. Sen läsnäolo monissa väestön käyttämissä sovelluksissa tekee siitä yhden monista kemikaaleista, joita tiedemiehet jatkavat tutkimuksessaan, jotta he ymmärtäisivät niiden erityiset karsinogeeniset mekanismit. Kemikaalien ja syövän tutkimus ulottuu tiettyjen kemikaalien käyttöön syövän hoidossa sen syntyessä, jota kutsutaan kemoterapiaksi.
Syy-seuraussuhteet kemikaalien ja syövän välillä voidaan nähdä bentseenin ja leukemian, asbestin ja keuhkosyövän sekä vinyylikloridin ja maksasyövän kanssa. Syöpäriski kasvaa merkittävästi, kun syöpää aiheuttavia kemikaaleja esiintyy yhdessä. Esimerkki tästä konseptista näkyy tehtaan työntekijöissä, jotka altistuvat päivittäiselle myrkylliselle savulle; Tämän altistuksen lisäksi tupakoivilla työntekijöillä on 50% suurempi mahdollisuus sairastua keuhkosyöpään.