傳統的分類是根據抗腫瘤藥物的來源及其藥物的作用機制進行分類，分為烷化劑、抗代謝類、抗腫瘤抗生素、植物類、雜類、激素平衡類藥物等六大類。根據抗腫瘤藥物對細胞增殖週期中DNA合成前期（G1期）、DNA合成期 (S期)、 DNA合成後期 (G2期)、有絲分裂期 (M期)各時相的作用靶點不同，又分為細胞週期特異性藥物和細胞週期非特異性藥物二大類。
1、細胞週期特異性藥物：作用特點只限於細胞增殖週期的某一個時相，在一定的時間內發揮其殺傷作用。使用時宜緩慢或持續靜脈注射、肌肉注射、口服等會發揮更大作用。主要包括抗代謝類及植物類藥物，如作用於G1期的藥物門冬醯胺酶等。作用於S期的藥物氟脲嘧啶、甲氨喋呤等。作用於G2期的藥物平陽黴素、亞硝脲類等。作用於M期的藥物長春鹼類、紫杉類、喜樹鹼類等。
2、細胞週期非特異性藥物：無選擇的直接作用於細胞增殖週期的各個時相，作用較強，可迅速殺傷腫瘤細胞，其劑量與療效呈正相關，以一次靜脈注射為宜。此類藥物包括烷化劑、鉑類及抗腫瘤抗生素類等，如氮芥、環磷醯胺、美法侖、順鉑、卡鉑、奧沙利鉑、多柔比星、放線菌素-D、卡氮芥等。
隨著對抗腫瘤藥物研究的深入，進一步認識了藥物在分子水平的作用機制，目前將臨床藥物進行如下分類：
一、細胞毒類藥
1、作用於DNA化學結構的藥物：
（1）烷化劑：如氮芥(HN2)、 環磷醯胺(CTX) 等。可使細胞中的親核集團發生烷化反應，致DNA在複製中發生核鹼基錯誤配對，引起密碼解釋錯亂。同時雙功能基的烷化劑常與DNA雙鏈上各一鳥嘌呤結合，形成交叉聯結，防礙DNA複製，也可使染色體斷裂。DNA結構功能的破壞可導致細胞的分裂、增殖停止或死亡。但也有少數受損細胞的DNA經修復而活下來，造成耐藥的出現。
（2）鉑類化合物：如順氯氨鉑(DDP) 、奧沙利鉑(OXA) 等。可與DNA結合，進而破壞其結構與功能。
（3）蒽環類藥物：如多柔比星(ADM)、 吡柔比星（THP）等。可嵌入DNA鹼基對之間，干擾轉錄過程，阻止mRNA的形成。
（4）破壞DNA的抗生素：如絲裂黴素（MMC）、 博來黴素(BLM) 等。可使DNA單鏈斷裂，阻止DNA的合成。
2、作用於核酸轉錄的抗生素藥物：如放線菌素-D(ACD) 、阿柔比星(ACLA) 等。由微生物所產生的非特異性抗腫瘤藥，可對細胞週期各時相產生殺滅作用。
3、影響核酸生物合成的抗代謝藥物：為細胞週期特異性藥，分別在不同環節阻止DNA合成，抑制細胞的分裂與增殖。根據其干擾的生化過程不同分為：
（1）二氫葉酸還原酶抑制劑：
如甲氨蝶呤（MTX）。
（2）胸苷酸合成酶抑制劑：如氟脲嘧啶(5-FU) 。
（3）核苷酸還原酶抑制劑：如羥基脲(HU)。
（4）DNA多聚酶抑制劑：如阿糖胞苷（Ara-C）。
（5） 嘌呤核苷酸互變抑制劑：如巰嘌呤(6-MP)。
4、影響蛋白質合成，干擾有絲分裂的植物類藥 ：
（1）長春新鹼(VCR) 、紫杉醇(TAX) 等：影響微管蛋白裝配，干擾有絲分裂中紡錘體的形成，使增殖細胞停止在分裂中期。
（2）高三尖杉酯鹼：干擾核蛋白體功能，阻止蛋白質合成。
（3）門冬醯胺酶：可降解血液中的門冬醯胺酶，使細胞缺乏此氨基酸，影響氨基酸供應，阻止蛋白質合成。
5、拓撲異構酶抑制藥物：包括拓撲異構酶I抑制劑如伊立替康(CPT-11)和拓撲異構酶II抑制劑如依託泊苷(VP-16) 。可直接抑制拓撲異構酶，阻止DNA的複製和RNA的合成。
6、其他細胞毒類藥物：如維甲酸、硼替佐米等。
二、影響內分泌平衡的藥物
起源於激素依賴性組織的腫瘤如乳腺癌、前列腺癌、子宮內膜癌、甲狀腺癌等，仍然部分的保留了對激素的依賴性和受體。這些腫瘤可以通過激素的治療，或對內分泌腺的切除而使腫瘤縮小。臨床上所採用的內分泌治療，可以直接或間接的通過垂體的反饋作用，改變機體的激素平衡和腫瘤發生、發展的內環境，以達到抑制腫瘤的作用。這類內分泌藥物如雌激素、孕激素及其拮抗劑等。在乳腺癌臨床常用的他莫昔芬是一種雌激素調變劑，是通過競爭腫瘤細胞表面的受體，干擾雌激素對乳腺癌的刺激而達到治療作用。腎上腺皮質激素是通過影響脂肪酸的代謝，而致淋巴細胞降解，以達到對急性淋巴細胞白血病及惡性淋巴瘤的治療作用。
1、性激素類藥物：包括雄激素藥物如甲睪酮等；雌激素藥物如已烯雌酚等。
2、性激素調變劑：包括抗雌激素藥物如他莫昔芬(TAM)、託瑞米芬等；抗雄激素藥物如氟他特米、比卡魯胺等。
3、芳香化酶抑制劑：如來曲唑、依西美坦等。
4、孕酮類藥物：如甲孕酮、甲地孕酮。
5、促性腺激素釋放素類藥物：如戈舍瑞林、 曲普瑞林等。
6、腎上腺皮質激素類藥物：如潑尼鬆、地塞米松等。
7、其他激素類藥物：如甲狀腺素等。
三、生物反應調節劑
是一類具有廣泛生物學活性和抗腫瘤活性的生物抗腫瘤藥物。此類藥對機體的免疫功能有增強、調節作用，其作用機制是通過增強機體免疫發揮抗腫瘤作用。
1、細胞免疫增強劑：如白細胞介素-2、胸腺肽等。
2、巨噬細胞增強劑：如干擾素、腺病毒P53等。
四、分子靶向藥物
分子靶向治療藥物中，一類為用基因工程技術所產生的單克隆抗體。通過對受體的高選擇性、親和性和抗體依賴性的細胞毒作用，來殺滅腫瘤細胞，或抑制腫瘤細胞的增殖。另一類為作用於轉導通路的藥物。通過阻斷或抑制細胞內訊號轉導通路的小分子化合物。
1、單克隆抗體藥物：如曲妥珠單抗、利妥昔單抗、西妥昔單抗、貝伐單抗等。
2、作用於轉導的抑制藥物：如吉非替尼、索拉非尼、厄洛替尼、拉帕替尼等。
五、中藥製劑
參一膠囊、複方斑蝥膠囊、複方苦蔘注射液、亞砷酸、貞芪扶正顆粒等。
六、輔助治療藥物
1、升血藥物：如重組人粒細胞集落刺激因子、促紅細胞生成素、白介素D11等。
2、鎮痛藥物：如吲哚美辛、曲馬多、嗎啡等。
3、抗嘔吐藥物：如多潘立酮、格拉司瓊、託烷司瓊等。
4、抑制骨破壞藥物：如帕米膦酸二鈉、唑來膦酸等。
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