临床抗肿瘤化疗药物很多，目前一般有三种分类方法：
一是传统分类方法：根据药物的来源和化学结构，分为烷化剂、抗代谢药、抗癌抗生素、植物类、激素类和杂类等。
二是根据药物对细胞增殖动力学的影响的不同分为细胞周期特异性药物和细胞周期非特异性药物;
三是根据疗效机理分为直接作用于肿瘤细胞本身的药物和通过增强机体的免疫功能或内分泌系统等间接起效，如扶正中药、免疫刺激剂、激素等。
(一)化疗药物的传统分类：
1.烷化剂
这类药物由烷基和功能基团结合而成。在有机化学中，碳元素和氢元素组成的有机化合物称为“烃”，如果其中的碳元素是饱和的(指一个碳原子结合4个氢原子)，即结合“完全”，称之为“烷”。功能基团和烷结合成的化疗药即烷化剂，可与细胞中的多种有机物如DNA，RNA或蛋白质的亲核基团(如核酸的磷酸根、羟基、氨基，蛋白质的羧酸根、巯基、氨基)结合，以烷基取代这些基团的氢原子，使这些对生命有重要意义的生化物质和核酸、酶等不能进行正常代谢。这类细胞毒性药物能与多种细胞成分起作用，增生快的细胞首先被杀伤，浓度足够大时可杀伤各种类型的细胞。其共同的缺点是选择性不强，对骨髓、消化道细胞和生殖细胞也有很强的杀伤作用。典型代表药物为氮芥和环磷酰胺等。
2.抗代谢药
这一类药物的结构和人体正常生理代谢的结构类似，因而可以干扰正常代谢物的功能，在核酸合成的不同水平加以阻断而产生疗效。常用的抗代谢药物分为叶酸拮抗物、嘌呤类似物、嘧啶类似物等。由于尚未发现正常细胞和肿瘤细胞蛋白代谢上的特异性差异，起效的机制在于利用了正常细胞和肿瘤细胞中碱基和酶系含量的差异，因而抗代谢药物的最大缺点是在抑制肿瘤细胞的同时对增生旺盛的正常细胞也有相当的毒性，且易发生耐药。抗代谢药物的代表药有：叶酸抗代谢药物、嘌呤抗代谢药物和嘧啶抗代谢药物。
3.抗癌抗生素
常用的有放线菌素、博来霉素、丝裂霉素、柔红霉素等。此类药物是一种生物来源的抗癌药，如同青霉素一样，通常是一些真菌的产物，对细菌也有抑制作用，只是毒性较大，不像青霉素那样普遍用来抗感染。临床常用的抗癌抗生素主要来源于放线菌属，毒性较大。这类药物的作用机制不尽相同，例如丝裂霉素主要是烷化作用，柔红霉素是RNA合成的抑制剂，选择性的作用于嘌呤核苷，类似抗代谢药。
4.植物抗癌药
此类药物由植物中提取，常用的有长春碱类、鬼臼碱类、三尖杉酯碱类、美登素、榄香烯乳等。
主要作用于有丝分裂期，使细胞停止在M期。常用的长春新碱和长春花碱可抑制RNA的合成，特别是可与细胞微管蛋白(tubulin)结合，阻止微小管的蛋白装配，因而干扰纺锤体的合成，使细胞停止在分裂间期。
5.激素类
包括性激素，黄体激素和肾上腺皮质激素。前两类药物可干扰体内肿瘤发生的激素状态。最常用的肾上腺皮质激素可干扰敏感的淋巴细胞的脂肪代谢，使淋巴细胞溶解、淋巴组织萎缩而发生疗效;另外肾上腺皮质激素可改善毛细血管功能，促进药物进入肿瘤细胞，消除包围在肿瘤细胞周围的纤维组织，可杀伤增生的及非增生的淋巴细胞，抑制细胞由G?1期进入S期。
6.杂类
主要是尚未分入或不能分入上述几类的所有药物，如常用的左旋门冬酰胺酶(L—ASP)，铂类(顺铂，卡铂，草酸铂)、氮烯咪胺、六甲嘧胺。羟基脲和亚硝脲类也曾经划分为杂类，现已经根据其作用机制分别列入抗代谢药物和烷化剂类。
