Rak, koji je nekontrolirani rast stanica koji ima štetne učinke na organe i druga tjelesna tkiva, može se povezati s izloženošću određenim kemikalijama u okolišu. Stanice raka postaju štetne kada se umnože do točke u kojoj napadaju susjedno tkivo i na kraju se šire na druge tjelesne sustave. Često se rast stanice nekontrolirano pokreće ponovnim izlaganjem otrovnoj kemikaliji, koja se također naziva kancerogen. Kemikalije i pojavnost raka idu ruku pod ruku. Većina istraživanja o etiologiji raka usredotočuje se na specifične uzroke iz okoliša, kao što je, na primjer, izloženost kemikalijama na radnom mjestu ili izloženost kao rezultat izbora načina života.
Veza između kemikalija i raka počinje kada kemijski kancerogen pokrene promjenu unutar deoksiribonukleinske kiseline (DNK), proces koji se naziva inicijacija. U normalnim okolnostima, obrambeni sustav tijela može identificirati i popraviti oštećene dijelove DNK, ali ako se stanica počne reproducirati dok, oštećenje je još uvijek prisutno unutar genetskog koda, a rezultat je abnormalna stanica s kancerogenim potencijalom. Jedan ili nekoliko primjera procesa inicijacije obično nije dovoljan da izazove razvoj raka; često se vide drugi čimbenici, koji se obično nazivaju “promotori”, koji su, čini se, prisutni kada dođe do nekontroliranog rasta. Ti promotori uključuju čimbenike poput izloženosti početnoj kemikaliji u velikim količinama tijekom dugog vremenskog razdoblja, nutritivnog nedostatka ili genetske predispozicije za rak. Veza između kemikalija i raka nije u potpunosti shvaćena, ali većina istraživača se slaže da je jedan od tih promotora obično prisutan kada se rak razvije.
Istraživanja kemikalija i raka provode se desetljećima; možda najpoznatija studija industrijskog i duhanskog dima kao potencijalnog karcinogena započela je u Sjedinjenim Državama 1930-ih. Tijekom desetljeća u industrijskom dimu i dimu cigareta pronađeni su deseci kemikalija koje izazivaju rak, poput benzopirena i formaldehida. Još jedan primjer uobičajene kemikalije koja izaziva zabrinutost je polivinil klorid, koji se proizvodi prilikom proizvodnje PVC cijevi. Njegova prisutnost u mnogim aplikacijama koje koristi stanovništvo čini ga jednom od mnogih kemikalija koje znanstvenici nastavljaju istraživati kako bi razumjeli njihove specifične kancerogene mehanizme. Istraživanje kemikalija i raka proteže se na korištenje određenih kemikalija za liječenje raka kada se pojavi, što se naziva kemoterapija.
Uzročno-posljedične veze između kemikalija i raka mogu se vidjeti kod benzena i leukemije, azbesta i raka pluća, te vinil klorida i raka jetre. Rizik od raka postaje značajno veći kada se kancerogene kemikalije susreću zajedno. Primjer ovog koncepta može se vidjeti u tvorničkim radnicima koji su svakodnevno izloženi toksičnom dimu na radnom mjestu; radnici koji puše uz ovu izloženost imaju 50% veće šanse za razvoj raka pluća.