不同的抗癌药物有不同的作用机制，根据抗癌药与细胞增殖周期的关系分为周期特异性药物和周期非特异性药物两大类。
有些药物主要作用于增殖周期的某一周期，如S期特异性药物主要作用是阻碍脱氧核糖核酸的生物合成，仅作用于细胞增殖的S期，如氨甲蝶呤、6-巯基嘌呤、阿糖胞苷等。M期特异性药物主要损伤纺锤体，使有丝分裂停滞于分裂中期，如长春新碱、长春花碱等。
直接破坏或损伤脱氧核糖核酸的药物，如各种烷化剂、抗癌抗生素、亚硝脲类药物、顺铂等，不论细胞处于哪一周期，包括GO期细胞均有杀伤作用，称为周期非特异性药物。
认识周期特异性药物与周期非特异性药物的特点，对合理使用抗癌药物有重要意义。一般来说，周期特异性药物仅对某一周期的肿瘤细胞有杀伤作用，作用较弱，单独应用时对增殖比率小的实体瘤作用较小，难以达到彻底的杀伤。周期非特异性药物杀伤能力较强，特别对GO期细胞亦有杀伤作用，对增殖比率小的肿瘤亦有一定的作用，但同时对血液的毒性较大而持久，因它不仅可杀伤处于活跃的增殖状态的造血细胞，亦可损害通常处于G0期造血干细胞，使造血功能较难恢复。
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