Vaikka kemoterapiassa käytetään satoja erilaisia lääkkeitä, ne kaikki kuuluvat muutamiin yleisiin luokkiin. Alkyloivat aineet ja topoisomeraasin estäjät hyökkäävät syöpäsolujen DNA: han estäen niitä lisääntymästä ja hidastamasta kasvaimen kasvua. Antimetaboliitit estävät syöpäsolujen kykyä käyttää ruokaa energiaksi ja syntetisoida DNA: ta. Solujen jakautuminen voidaan lopettaa käyttämällä vinca -alkaloideja. Sytotoksiset antibiootit, jotka tunnetaan myös nimellä antrasykliinit, häiritsevät RNA -synteesiä ja DNA: n lisääntymistä soluissa.
Jotkut kemoterapian kemikaalien päätyypeistä ovat alkyloivia aineita, mukaan lukien nitrosourea -niminen lääkeryhmä. Nämä lääkkeet vahingoittavat DNA: ta syöpäsoluissa, erityisesti synteesivaiheessa, joten ne eivät kykene replikoitumaan ja leviämään. Ne voidaan antaa potilaille laskimoon tai joissakin tapauksissa suun kautta. Tähän luokkaan kuuluvat lääkkeet ovat syklofosfamidi, sisplatiini ja mekloretamiini.
Topoisomeraasin estäjät ovat toinen kemikaali, jota käytetään usein kemoterapiassa. Alkalysointiaineiden tavoin ne vahingoittavat syöpäsolujen DNA: ta ja tuhoavat niiden lisääntymiskyvyn. Suurin ero on se, että topoisomeraasin estäjät toimivat, kun solu lisääntyy eikä sen jälkeen. Taksoli ja topotekaani ovat tämän tyyppisiä lääkkeitä, joita annetaan pääasiassa suonensisäisesti.
Antimetaboliitit ovat toinen kemikaalityyppi, jota käytetään usein useiden syöpätyyppien hoidossa. Ne matkivat puriineja, ainetta, jota tarvitaan DNA: n luomiseen solujen lisääntymisen synteesivaiheessa. Tämä estää syöpäsoluja kehittymästä normaalisti, jolloin ne eivät pysty lisääntymään. Ne myös estävät syöpäsolujen kykyä käyttää ravinteita energian tuottamiseen. 6-merkaptopuriini ja 5-fluorourasiili ovat esimerkkejä tämän tyyppisestä kemoterapialääkkeestä, joka voidaan ottaa suun kautta tai antaa IV.
Toinen ryhmä yleisesti käytettyjä kemoterapiakemikaaleja ovat kasvien alkaloidit, erityisesti ne, joita kutsutaan vinca -alkaloideiksi. Nämä aineet vaikuttavat syöpäsoluihin niiden metafaasin aikana sitoutumalla proteiineihin, joita tarvitaan onnistuneeseen solujakautumiseen. Tyypillisesti IV: n kautta annettuja lääkkeitä ovat vinkristiini ja vinblastiini.
Antrasykliinejä, jotka ovat tuumorin vastaisia antibiootteja, voidaan käyttää myös kemoterapian aikana useiden syöpien hoidossa. Ne estävät RNA-synteesiä ja estävät DNA-juosteiden kiinnittymisen uudelleen toisiinsa tuhoamalla syövän kyvyn kasvaa ja lisääntyä. Tämän luokan kemikaaleja ovat mitoksantroni, doksorubisiini ja daunorubisiini. Nämä lääkkeet annetaan yleensä suonensisäisesti, koska niillä voi olla haitallisia vaikutuksia muihin kudoksiin kuin vereen.