Zbog složene prirode proučavanja ljudskih bolesti, većina istraživanja koja povezuju pesticide i rak provedena su u laboratoriju sa životinjama. Prema tim studijama, mnogi pesticidi su potvrđeni kancerogeni. Uz laboratorijske studije, epidemiološka istraživanja koja proučavaju učinke pesticida na poljoprivredne radnike otkrila su snažnu vezu između povećanog rizika od raka i izloženosti pesticidima. Znanstvenici nastavljaju ispitivati herbicide, fungicide i insekticide kako bi bolje razumjeli vezu između ovih pesticida i povećanog rizika za razvoj raka. Veza između kućne upotrebe pesticida i raka još je jedno područje kontinuiranog istraživanja.
Organoklorna klasa insekticida koja sadrži diklordifeniltrikloretan (DDT), heptaklor i lindan, desetljećima se sumnjala kao potencijalno kancerogena. Iako su mnogi od ovih pesticida zabranjeni u brojnim zemljama, drugi se još uvijek koriste. Ove kemikalije imaju tendenciju nakupljanja u živim tkivima biljaka i životinja te su postojane u okolišu. Uzorci hrane pokazuju da su zabranjene kemikalije prisutne čak i u trenutnoj opskrbi hranom. Neki istraživači vjeruju da izloženost okoliša pesticidima kroz hranu, vodu i zrak igra ulogu u razvoju raka.
Kontaminirano tkivo dojke kod žena s rakom dojke smatra se dokazom veze između pesticida i raka. U bolesnom tkivu pronađene su veće količine pesticidnih kemikalija od očekivanih. Neke organizacije za rak navele su da nema dovoljno dokaza za uspostavljanje jasne veze između raka dojke i kemikalija kao što su pesticidi, dok drugi istraživači tvrde čvrstu povezanost između povećane izloženosti pesticidima i raka dojke i drugih vrsta raka. Postoje neki dokazi da svojstva oponašanja hormona određenih pesticida mogu objasniti vezu između ovih kemikalija i povećanog rizika od raka osjetljivog na hormone kao što je rak dojke, maternice i jajnika.
Velike epidemiološke studije poljoprivrednih radnika pokazale su da povećana izloženost nekim pesticidima povećava rizik od melanoma. Izloženost suncu također igra ulogu u razvoju ovog raka, što otežava jasne dokaze o povezanosti pesticida i raka. Drugi karcinomi povezani s upotrebom pesticida u poljoprivredi uključuju maligni limfom, ne-Hodgkinov limfom i leukemiju. Istraživači nastavljaju ispitivati vezu između pesticida i raka pluća i jajnika.
Osim studija poljoprivrednih radnika, kućna uporaba i izloženost okoliša pesticidima također su povezani s povećanim rizikom od nekih karcinoma. Neki pesticidni proizvodi koji se koriste u vrtu i kući povezani su s većom učestalošću raka. Epidemiologija je otkrila sumnjive veze između karcinoma u djetinjstvu i izloženosti pesticidima. Posebno su zabrinjavajući organofosfatni insekticidi i herbicidi. Zbog složene prirode proučavanja ljudskih bolesti, postoje proturječni dokazi za mnoge veze između pesticida i raka, uključujući studije kemikalija koje potrošači obično koriste kod kuće.