ยาเคมีบำบัดกำหนดลักษณะเฉพาะของเซลล์มะเร็งซึ่งเป็นเซลล์ที่ผิดปกติซึ่งสารพันธุกรรมกลายพันธุ์ อัตราการกลายพันธุ์สูงมากจนเนื้องอกแต่ละเซลล์ประกอบไปด้วยการกลายพันธุ์ที่แตกต่างกัน สิ่งเหล่านี้สามารถทำให้เซลล์และผลิตภัณฑ์เปลี่ยนรูปลักษณ์ได้ ยาต้านมะเร็งอาจไม่รู้จักเซลล์เป้าหมายหรือเนื้องอกสามารถป้องกันยาจากการทำงานได้ การกลายพันธุ์และผลลัพธ์ของพวกมันจึงมีความสำคัญมากสำหรับการวิจัยเรื่องการดื้อต่อยาในโรคมะเร็ง
ความต้านทานยาในโรคมะเร็งพัฒนาเมื่อเนื้องอกมีทั้งเซลล์ที่ไวต่อการสัมผัสและต้านทาน ยาเสพติดฆ่าเซลล์ที่ไวต่อแสง แต่ทิ้งเซลล์ต้านทานไว้ เริ่มแรกยาเสพติดสามารถหดเนื้องอกและการรักษาดูเหมือนจะทำงาน
ในฐานะที่เป็นลักษณะของเซลล์มะเร็งคือเซลล์เหล่านี้มีการเพิ่มจำนวนอย่างไม่สามารถควบคุมได้ส่วนที่เหลือของมะเร็งจะเริ่มเติบโตอีก เคมีบำบัดจึงมักใช้ยามากกว่าหนึ่งชนิด การกระทำที่แตกต่างกันของยาสามารถกำหนดเป้าหมายเซลล์ด้วยการกลายพันธุ์ต่าง ๆ
ทุกครั้งที่เซลล์ทำซ้ำวัสดุทางพันธุกรรมภายในเซลล์สามารถทนทุกข์ทรมานจากการกลายพันธุ์ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงในลำดับทางพันธุกรรม ยีนของเซลล์เป็นพิมพ์เขียวสำหรับโครงสร้างและผลิตภัณฑ์ของเซลล์นั้น การกลายพันธุ์อาจมีประโยชน์เป็นกลางหรือเป็นอันตรายต่อเซลล์ การกลายพันธุ์ที่เป็นประโยชน์บางครั้งช่วยให้เซลล์รอดชีวิตจากการถูกโจมตี
ในบางครั้งเซลล์มะเร็งอาจมีโครโมโซมในปริมาณที่ผิดปกติ โดยปกติแล้วมนุษย์จะมี 46 โครโมโซมซึ่งครึ่งหนึ่งเป็นสองซ้ำจากอีก 23 การดื้อต่อยาในโรคมะเร็งมีโอกาสมากขึ้นถ้าเนื้องอกมีเซลล์ที่มีโครโมโซมน้อยกว่าหรือมากกว่า 46
ยาต้านมะเร็งอาจต้องเข้าสู่เซลล์เพื่อดำเนินการรักษา ส่วนประกอบโครงสร้างภายนอกของเซลล์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ผ่านการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรม ส่วนประกอบเหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้หรือจำนวนเป้าหมายของยาอาจลดลง
ในกรณีของตัวรับเอสโตรเจนในมะเร็งเต้านมหรือรังไข่ส่วนประกอบเป้าหมายอาจหายไปพร้อมกัน ในกรณีเหล่านี้ยาเสพติดไม่สามารถผ่านเมมเบรนในปริมาณที่เพียงพอหรือเลย เซลล์เนื้องอกอาจจะสามารถส่งยาออกจากเซลล์ได้หลังจากที่ได้รับเข้าไปแล้วเซลล์มะเร็งอาจมีความสามารถที่เพิ่มขึ้นในการสลายยาเมื่อเข้าไปข้างใน
ยาตัวอื่นอาจทำงานโดยผูกกับโมเลกุลที่เฉพาะเจาะจงและการปิดกั้นการทำงานของมัน หากการกลายพันธุ์ของยีนเป้าหมายนั้นเปลี่ยนแปลงรูปร่างของโมเลกุลได้มากพอที่จะหลีกเลี่ยงการตรวจจับด้วยยา เซลล์อาจสร้างความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของโมเลกุลเป้าหมายทำให้บางคนสามารถหนีออกจากยาได้ สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้ถ้าจีโนมของเซลล์มีสำเนาของยีนที่เกี่ยวข้องมากกว่าปกติหรือถ้าเซลล์สามารถกระตุ้นยีนให้สร้างโมเลกุลได้มากกว่าปกติ
