Hóa trị liệu (tiếng Anh: Chemotherapy; viết tắt chemo) là một phương pháp điều trị ung thư sử dụng một hoặc nhiều thuốc kháng ung thư - gây độc tế bào. Đây là một phần của phác đồ trị liệu ung thư chuẩn. Hóa trị liệu có thể trị khỏi hẳn ung thư hoặc giảm bớt và kéo dài sự sống cho bệnh nhân. Hóa trị liệu thường phối hợp với các phương pháp điều trị ung thư khác, như xạ trị, phẫu thuật, nhiệt trị. Các thuốc hóa trị cũng được sử dụng điều trị các bệnh khác, như viêm cứng khớp đốt sống, bệnh đa xơ cứng, bệnh Crohn, bệnh vẩy nến, psoriatic arthritis, systemic lupus erythematosus, viêm khớp dạng thấp, và bệnh xơ cứng bì.Các thuốc hóa trị liệu tiêu diệt các tế bào sinh trưởng nhanh, đây là đặc tính điển hình của tế bào ung thư. Nhưng cũng vì vậy các thuốc này cũng gây hại đến các tế bào bình thường có chu kỳ sinh trưởng nhanh như: tế bào ở tủy xương, hệ tiêu hóa, nang tóc. Do đó gây ra các phản ứng phụ như: suy tủy (giảm sản xuất các tế bào máu), viêm niêm mạc (viêm trên đường tiêu hóa), và rụng tóc.Các thuốc kháng ung thư thế hệ mới (ví dụ, các kháng thể đơn dòng) không gây độc tế bào ở tế bào thường, chúng tác động đến mục tiêu là các protein bất thường và cần thiết cho phát triển của các tế bào ung thư. Các biện pháp điều trị này thường được xem trị liệu đích (khác với các hóa trị liệu cũ) và thường được sử dụng đi kèm với các phương pháp điều trị truyền thống trong pháp đồ điều trị ung thư.Hóa trị liệu có thể sử dụng một thuốc/ lần (đơn hóa trị liệu) hoặc nhiều thuốc/ lần (Hóa trị liệu kết hợp hoặc đa hóa trị liệu). Hóa trị liệu sử dụng thuốc có thể chuyển thành dạng có hoạt tính gây độc tế bào dưới ánh sáng còn được gọi là quang hóa trị liệu.