化學致癌物通過不同途徑進入人體後，將進行生物轉化，包括代謝活化和代謝滅活。
不經過代謝活化就具有活性的致癌物，稱為直接致癌物。本身沒有致癌活性需經過Ⅰ、Ⅱ相反應代謝活化才具有致癌活性的致癌物稱為前致癌物或間接致癌物。前致癌物經過代謝活化最後產生有致癌活性的代謝產物稱為終致癌物，主要為親電子劑。前致癌物在代謝活化成終致癌物過程中的中間產物稱為近致癌物。各種有活性的致癌物再經曆代謝解毒（代謝滅活）成為致癌性減弱、極性增高的產物排出體外。化學致癌物在體內的致癌活陛的決定因素之一。1／p為代謝活化和代謝解毒的平衡。不同組織中代謝酶的分布有明顯差異，直接影響致癌物作用靶器官的特異性。化學致癌物本身或它的活性代謝產物在體內誘發腫瘤有關的靶分子包括DNA和非DNA靶。
（2）體細胞突變，癌基因和腫瘤抑製基因
對化學致癌作用的機製研究已有多年的曆史，1923年Bauer係統地提出腫瘤發生的體細胞突變學說。癌症的單克隆起源（即癌症來源於單個改變了的細胞）支持體細胞突變學說，並有很多證據表明DNA是化學致癌物的關鍵性靶。以後，對化學致癌機製的研究形成了一些學派，主要有遺傳機製學派和遺傳外機製學派。鑒於致癌物的多樣性和致癌過程的複雜性，遺傳機製和遺傳外機製可能是相輔相成的，在致癌作用的不同階段中起作用。
目前認為，正常細胞經過遺傳學改變的積累，才能轉變為癌細胞，致癌過程有多個腫瘤相關基因的改變，腫瘤相關基因分為四類：①原癌基因，包括生長與增殖基因、各種轉錄因子或信號轉導功能的基因；②腫瘤抑製基因；③程序性死亡有關的基因；④腫瘤易感基因。
癌基因和腫瘤抑製基因等腫瘤相關基因的研究為鑒定化學致癌物作用靶基因提供了基礎。體內存在的腫瘤相關基因是癌症發生的內因，而環境致癌因素是癌症發生的外因。已經證明化學致癌物引起實驗動物的癌症涉及這些原癌基因的活化和腫瘤抑製基因的滅活。
（3）化學致癌多階段過程
癌症的發生是多階段過程，至少包括引發、促長和進展階段。
（4）細胞增殖、細胞凋亡與致癌作用
在引發、促長、進展等各個階段都涉及細胞增殖。無控製的細胞增殖是致癌過程不可缺少的條件，而細胞程序性死亡（又稱細胞凋亡）的失調亦是導致腫瘤形成的一個重要（甚至可以說是必要）的條件。因此，致癌過程與細胞增殖與／或細胞凋亡調控功能失調有關。
近年對於細胞增殖與致癌作用關係的研究已逐步深入到化學致癌如何影響細胞周期控製。細胞周期可分為Gl期、S期（DNA合成期）、G2期與M期（有絲分裂期）。細胞周期受到細胞周期關卡嚴格的監控，以確保DNA的正確複製和染色單體的在子細胞中對等分配。細胞周期關卡主要包括G—s期關卡、有絲分裂關卡等。細胞周期關卡失效可能是化學致癌的機製之一。
綜上所述，化學致癌是長期的、複雜的多階段過程，至少涉及引發、促長和進展三個階段。在引發和進展階段涉及遺傳機製，在促長階段主要是遺傳外機製。在引發階段主要是細胞原癌基因和腫瘤抑製基因的突變，在進展階段主要是核型不穩定性。Hanahan和Weinsber9提出正常細胞轉變為癌細胞是細胞遺傳損傷累積的結果，使細胞獲得自足的生長信號、對生長抑製信號的不敏感性、逃避細胞凋亡的能力、無限的增殖潛能、持續的血管生成、對組織的侵襲和轉移潛能等6種能力，還將遺傳不穩定性列為另一類獲得性能力。
3．化學致癌物分類
按照致癌物的作用特點將其分為三類：
①遺傳毒性致癌物、前致癌物和無機致癌物。直接致癌物多是合成的有機物，如驅胺類、硫酸酯類和活性鹵代烴類；前致癌物往往不能在接觸局部致癌，而在其發生代謝活化的組織中致癌。無機致癌物中鎳和鈦的致癌性最強。
②非遺傳毒性致癌物，這一大類致癌物經目前致突變試驗證明，不能與DNA發生反應。包括促癌劑、細胞毒物、激素、免疫抑製劑、固態物質和過氧化物酶體增生劑。
③暫未確定遺傳毒性的致癌物，此類未能證明損傷DNA，又對其作用所知有限。常見的如氯仿、四氯化碳、硫脲、硫乙酰胺等。
4．化學毒物致癌性的判別
化學毒物致癌性的全麵判別包括兩個方麵：一是定性的，即該化學物質能否致癌；二是定量的，即進行劑量反應關係分析，以推算其可接受的危險度的劑量，或人體實際可能接觸劑量下的危險度。常用的判別方法：
①構效關係分析，構效關係分析認為可能致癌的物質可作為優先進行動物試驗或流行病學調查的依據。
②通過致突變試驗進行致癌物篩選，遺傳毒性致癌物可能具有多種致癌機理，因此要求試驗組合中盡可能反映較多的遺傳學終點。
③惡性轉化試驗，試驗的目的在於揭示體外細胞接觸受試物後生長自控能力的喪失。所用細胞有原代或早代細胞，細胞係和病毒感染細胞。
④哺乳動物長期致癌試驗，動物的選擇應依據對誘發腫瘤的易感性。選擇有特點靶器官的物種，選擇最敏感品係，自發腫瘤率應較低。性別的選擇一般是雌雄各半。動物數量與動物自發腫瘤率和染毒組腫瘤發生率相關，一般提出每組最少50隻動物。劑量設計時最低劑量最好相當於或低於人類實際可能接觸的劑量。最高劑量應為最大耐受劑量。實驗期限原則上要求長期或終生。主要的分析指標為腫瘤發生率、多發性、潛伏期。分析時應酋先注意有無劑量反應關係，與對照組相比是否有顯著差異。陽性結果的評定應當慎重。大劑量才出現陽性結果不僅存在是否實際上有無接觸可能的問題，還有可能發生代謝飽和的問題，此時可能出現劑量低時沒有的活化途徑。要低劑量長期動物致癌試驗的陰性結果得到承認試驗設計時應滿足最低要求：兩個物種、兩種性別、至少三個劑量水平且其中一個接近MTD，每組有效動物數至少50隻。
⑤哺乳動物短期致癌試驗，在有限的時間內完成而不是終生，觀察的靶器官限定為
一個而不是全部器官和組織。目前較受重視的有四種：Lb鼠肺腫瘤誘發試驗、雌性sD大鼠乳腺癌誘發試驗、大鼠肝轉變灶試驗和小鼠皮膚腫瘤誘發試驗。陽性結果的意義與長期動物致癌試驗相當，對較小範圍的化學物質類型比較適用。但陰性結果意義較差。
⑥致癌物的最終確定，對於外來化合物化學結構的分析或致突變性測試，僅能達到確定何種受試物應優先進行動物致癌試驗。通過動物致癌試驗確定的致癌物，僅有較少數經過腫瘤流行病學調查證實並在國際上得到公認為對人類致癌。故確定致癌時應分為人類致癌物和動物致癌物。也有人將有充分證據證實對動物致突變的外來化合物稱為潛在致癌物。確定人類致癌物的主要根據為：流行病調查結果能夠重複；有劑量反應關係；有動物致癌試驗陽性結果的支持。確定動物致癌物要求在多種或多品係動物試驗中；或在幾個不同實驗室中，特別是不同劑量或不同染毒途徑的試驗中見到惡性腫瘤發生率增高；或在腫瘤發生率、出現腫瘤的部位、腫瘤類型或出現腫瘤的年齡提前等各方麵極為明顯突出。