Các tác nhân gây ung thư gồm các chất, đồng vị phóng xạ, tia phóng xạ trực tiếp gây ra bệnh ung thư. Chúng có thể tác động tới quá trình di truyền hoặc quá trình trao đổi chất của tế bào trong cơ thể. Nhiều chất phóng xạ được xem là tác nhân gây ung thư, tuy nhiên nguyên nhân là do nó phát xạ ra tia bức xạ độc hại như tia gamma, hạt alpha. Các tác nhân gây ung thư không phát ra tia bức xạ điển hình là amiăng, dioxin, các hợp chất Alcohol có trong rượu, bia và khói thuốc lá. Mặc dù mọi người thường nghĩ các hóa chất tổng hợp là những tác nhân gây ung thư, trong thực tế các hóa chất tự nhiên cũng có thể gây ra căn bệnh này.[1] Các tác nhân gây ung thư không nhất thiết phải gây nguy hiểm lập tức, chúng tác động một cách từ từ, âm ỉ.Bản chất của bệnh ung thư là các tế bào bình thường bị hư hại và không trải qua quá trình chết tự nhiên nhanh như tốc độ phân bào của chúng. Các tác nhân gây ung thư có thể tăng nguy cơ mắc bệnh ung thư bằng cách biến đổi quá trình trao đổi chất của tế bào và tác động trực tiếp lên DNA của tế bào, liên quan đến các quá trình sinh học, bao gồm quá trình phân bào không thể điều khiển, ác tính, cuối cùng dẫn đến sự hình thành các khối u. Thông thường, nhiều tổn thương DNA dẫn đến Chết rụng tế bào (cái chết của tế bào), nhưng nếu cái chết tự nhiên của tế bào bị tổn hại, thì tế bào không thể ngăn được bản thân nó trở thành 1 tế bào ung thư.Có nhiều tác nhân gây ung thư tự nhiên. Aflatoxin B1, được tạo ra từ bào tử của nấm Aspergillus flavus mọc trên các hạt ngũ cốc là một ví dụ, thường gặp đối với các tác nhân gây ung thư từ vi khuẩn trong tự nhiên. Cácvirus như virus viêm gan B và HPV (virus gây ra bệnh ung thư cổ tử cung) là nguyên nhân gây ung thư ở người. Virus đầu tiên được tìm thấy có khả năng gây ung thư ở động vật đó là virus Rous sarcoma, được phát hiện năm 1910 bởi Peyton Rous. Các sinh vật lây nhiễm khác mà có thể gây ung thư ở người gồm vài loài vikhuẩn(như Helicobacter pylori) và giun sán (như Opisthorchis viverrini và Clonorchis sinensis)Dioxin và các hợp chất tương đương, benzen, kepone, EDB, và amiăng đều là những chất gây ung thư. Lần lại những năm 1930, khói công nghiệp và khói thuốc lá đã được xem là những nguồn chứa rất nhiều các chất gây ung thư, bao gồmbenzoapyrene, các nitrosamine đặc biệt của thuốc lá như nitrosonoricotine, và các phản ứng aldehyde như formaldehyde-cũng được dùng để ướp xác và chế biến chấtdẻo. Vinyl chloride, trong nhựa PVC cũng là một chất gây ra ung thư do đó các sản phẩm nhựa PVC cũng ẩn chứa các nguy cơ.Các hoạt chất ung thư (co-carcinogen) là những hóa chất không nhất thiết tự bản thân chúng gây ra bệnh ung thư, nhưng lại thúc đẩy hành vi gây ung thư của các chất gây ra ung thư khác.Sau khi các tác nhân gây ung thư đi vào cơ thể, cơ thể sẽ cố gắng cô lập chúng thông qua quá trình biến đổi sinh học. Mục đích là để những chất này dễ tan hơn và do đó có thể dễ dàng đào thải ra khỏi cơ thể hơn. Nhưng quá trình này cũng có thể biến những tác nhân gây ung thư ít độc hại thành những chất độc hại hơn.DNA có tính ái nhân (nucleophilic), do đó các carbon ái điện tử dễ hòa tan là chất gây ung thư, bởi vì DNA tấn công chúng. Ví dụ, vài alken gây độc bởi các enzyme của người thành một epoxide ái điện tử. DNA tấn công epoxide này, và cô lập chúng vĩnh viễn. Cơ chế này cũng giống như cơ chế gây ung thư của benzoapyrene trong khói thuốc lá, các hóa chất gốc thơm (benzen), bào tử nấm và hơi độc lò.Chú ý: nhìn chung, các chất polymer không phải là các chất gây nên ung thư, hoặc tác nhân gây đột biến, tuy nhiên các monomer (đơn chấttham gia vào quá trình tạo thành polymer) còn sót lại hoặc các chất phụ gia có thể làm hại đến gen người.