Kanker, yang merupakan pertumbuhan sel yang tidak terkendali yang memiliki efek merusak pada organ dan jaringan tubuh lainnya, dapat dikaitkan dengan paparan bahan kimia tertentu di lingkungan. Sel kanker menjadi berbahaya ketika mereka berkembang biak ke titik di mana mereka menyerang jaringan tetangga dan akhirnya menyebar ke sistem tubuh lainnya. Sering kali, pertumbuhan sel yang tidak terkendali dipicu oleh paparan berulang terhadap bahan kimia beracun, yang juga disebut karsinogen. Bahan kimia dan kejadian kanker berjalan beriringan. Sebagian besar penelitian tentang etiologi kanker berfokus pada penyebab lingkungan tertentu, seperti paparan bahan kimia di tempat kerja atau paparan sebagai akibat dari pilihan gaya hidup, misalnya.
Hubungan antara bahan kimia dan kanker dimulai ketika bahan kimia karsinogen memulai perubahan dalam asam deoksi-ribonukleat (DNA), sebuah proses yang disebut inisiasi. Dalam keadaan normal, sistem pertahanan tubuh dapat mengidentifikasi dan memperbaiki bagian DNA yang rusak, tetapi jika sel mulai bereproduksi sementara, kerusakan masih ada dalam kode genetik, dan hasilnya adalah sel abnormal dengan potensi kanker. Satu, atau beberapa, contoh proses inisiasi biasanya tidak cukup untuk menyebabkan kanker berkembang; faktor lain, biasanya disebut “promotor,” sering terlihat, yang tampaknya hadir ketika pertumbuhan yang tidak terkendali terjadi. Promotor ini mencakup faktor-faktor seperti paparan bahan kimia awal dalam jumlah tinggi dalam jangka waktu yang lama, kekurangan nutrisi, atau kecenderungan genetik terhadap kanker. Hubungan antara bahan kimia dan kanker tidak sepenuhnya dipahami, tetapi sebagian besar peneliti setuju bahwa salah satu dari promotor ini biasanya hadir ketika kanker berkembang.
Penelitian bahan kimia dan kanker telah dilakukan selama beberapa dekade; mungkin studi paling terkenal tentang asap industri dan tembakau sebagai karsinogen potensial dimulai di Amerika Serikat pada tahun 1930-an. Selama beberapa dekade, lusinan bahan kimia penyebab kanker, seperti benzopyrene dan formaldehyde, telah ditemukan dalam asap industri dan rokok. Contoh lain dari bahan kimia umum yang menjadi perhatian adalah polivinil klorida, diproduksi saat pipa PVC diproduksi. Kehadirannya dalam banyak aplikasi yang digunakan oleh populasi menjadikannya salah satu dari banyak bahan kimia yang terus diteliti oleh para ilmuwan untuk memahami mekanisme karsinogenik spesifik mereka. Penelitian bahan kimia dan kanker meluas ke penggunaan bahan kimia tertentu untuk mengobati kanker ketika muncul, yang disebut kemoterapi.
Hubungan sebab-akibat antara bahan kimia dan kanker dapat dilihat dengan benzena dan leukemia, asbes dan kanker paru-paru, dan vinil klorida dan kanker hati. Risiko kanker menjadi lebih tinggi secara signifikan ketika bahan kimia karsinogenik ditemukan bersama-sama. Contoh dari konsep ini dapat dilihat pada pekerja pabrik yang terpapar asap beracun di tempat kerja setiap hari; pekerja yang merokok selain paparan ini memiliki kemungkinan 50% lebih tinggi terkena kanker paru-paru.