Kemoterapijski lijekovi ciljaju na specifične karakteristike stanica raka, a to su abnormalne stanice čiji je genetski materijal mutirao. Stopa mutacija je toliko visoka da se svaki tumor sastoji od stanica s različitim mutacijama. To može omogućiti stanici i njezinim proizvodima promjenu izgleda. Lijek protiv raka možda neće prepoznati ciljne stanice ili tumor može aktivno blokirati lijek da radi svoj posao. Mutacije i njihovi rezultati stoga su vrlo važni za istraživanje rezistencije na lijekove kod raka.
Otpornost na lijekove kod raka razvija se kada tumor sadrži i osjetljive i rezistentne stanice. Lijek ubija osjetljive stanice, ali ostavlja otporne. U početku, lijek može smanjiti tumor i čini se da liječenje djeluje.
Kako je karakteristika stanica raka da se nekontrolirano razmnožavaju, ostaci raka mogu ponovno početi rasti. Kemoterapija stoga obično koristi više od jednog lijeka. Različita djelovanja lijekova mogu ciljati stanice s različitim mutacijama.
Svaki put kada se stanica razmnožava, genetski materijal unutar stanice može patiti od mutacije, što je promjena u genetskom slijedu. Geni stanice su nacrt strukture i proizvoda te stanice. Mutacije mogu biti korisne, neutralne ili štetne za stanicu. Korisne mutacije ponekad omogućuju stanici da preživi napad, a to rezultira rezistencijom na lijekove kod raka.
Povremeno, stanice raka mogu sadržavati abnormalnu količinu kromosoma. Ljudi obično imaju 46 kromosoma, od kojih su polovica duplikati ostalih 23. Rezistencija na lijekove kod raka je vjerojatnija ako tumor sadrži stanice s manje ili više od 46 kromosoma.
Lijekovi protiv raka možda će morati ući u stanicu da bi izvršili terapijsko djelovanje. Vanjske strukturne komponente stanice mogu se promijeniti genetskom mutacijom. Ove komponente se mogu mijenjati ili se broj meta za lijekove može smanjiti.
U slučaju estrogenskog receptora kod raka dojke ili jajnika, ciljna komponenta može biti potpuno izgubljena. U tim slučajevima lijek ne može proći kroz membranu u odgovarajućim količinama ili uopće. Tumorske stanice mogu također biti sposobne poslati lijek natrag iz stanice nakon što uđe. Stanica raka također može imati povećanu sposobnost razgradnje lijeka kada uđe.
Drugi lijek može djelovati tako da se veže na određenu molekulu i blokira njezinu funkciju. Ako je gen za metu mutiran, izgled molekule može se promijeniti dovoljno da se izbjegne detekcija lijeka. Stanica također može proizvesti povećanu koncentraciju ciljne molekule, dopuštajući nekima da pobjegnu od lijeka. To se može dogoditi ako genom stanice sadrži više kopija relevantnog gena nego inače ili ako stanica može stimulirati gen da proizvodi mnogo više molekula nego inače.