Vėžys, kuris yra nekontroliuojamas ląstelių augimas, turintis žalingą poveikį organams ir kitiems kūno audiniams, gali būti susijęs su tam tikrų cheminių medžiagų poveikiu aplinkoje. Vėžio ląstelės tampa kenksmingos, kai dauginasi iki taško, kur įsiveržia į kaimyninius audinius ir galiausiai išplinta į kitas kūno sistemas. Dažnai nekontroliuojamas ląstelės augimas prasideda pakartotinai veikiant toksišką cheminę medžiagą, dar vadinamą kancerogenu. Cheminės medžiagos ir sergamumas vėžiu eina koja kojon. Dauguma vėžio etiologijos tyrimų yra sutelkti į konkrečią aplinkos priežastį, pvz., cheminių medžiagų poveikį darbo vietoje arba poveikį, kurį sukelia, pavyzdžiui, pasirinkus gyvenimo būdą.
Ryšys tarp cheminių medžiagų ir vėžio prasideda tada, kai cheminis kancerogenas inicijuoja deoksiribonukleino rūgšties (DNR) pokyčius – procesą, vadinamą iniciacija. Įprastomis aplinkybėmis organizmo gynybinė sistema gali atpažinti ir ištaisyti pažeistas DNR dalis, tačiau jei ląstelė pradeda daugintis, žala vis dar yra genetiniame kode ir atsiranda nenormali ląstelė, turinti vėžio potencialą. Vieno ar kelių pradinio proceso atvejų paprastai nepakanka, kad vėžys išsivystytų; dažnai pastebimi kiti veiksniai, paprastai vadinami „skatintojais“, kurie, atrodo, yra tada, kai vyksta nekontroliuojamas augimas. Šie promotoriai apima tokius veiksnius kaip didelis pradinės cheminės medžiagos poveikis ilgą laiką, mitybos trūkumas arba genetinis polinkis susirgti vėžiu. Ryšys tarp cheminių medžiagų ir vėžio nėra visiškai suprantamas, tačiau dauguma mokslininkų sutinka, kad vienas iš šių promotorių paprastai būna, kai vystosi vėžys.
Cheminių medžiagų ir vėžio tyrimai buvo atliekami dešimtmečius; bene labiausiai žinomas pramoninių ir tabako dūmų, kaip galimo kancerogeno, tyrimas buvo pradėtas Jungtinėse Valstijose praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje. Per dešimtmečius pramoniniuose ir cigarečių dūmuose buvo rasta dešimtys vėžį sukeliančių cheminių medžiagų, tokių kaip benzopirenas ir formaldehidas. Kitas susirūpinimą keliančios cheminės medžiagos pavyzdys yra polivinilchloridas, gaminamas gaminant PVC vamzdžius. Dėl daugelio gyventojų naudojamų jo naudojimo būdų tai yra viena iš daugelio cheminių medžiagų, kurias mokslininkai toliau tiria, siekdami suprasti jų specifinius kancerogeninius mechanizmus. Cheminių medžiagų ir vėžio tyrimai apima tam tikrų cheminių medžiagų naudojimą vėžiui gydyti, kai jis atsiranda, o tai vadinama chemoterapija.
Priežastinį ryšį tarp cheminių medžiagų ir vėžio galima pastebėti sergant benzenu ir leukemija, asbestu ir plaučių vėžiu, vinilo chloridu ir kepenų vėžiu. Vėžio rizika žymiai padidėja, kai kartu susiduriama su kancerogeninėmis cheminėmis medžiagomis. Šios koncepcijos pavyzdžiu galima pamatyti gamyklos darbuotojus, kurie kasdien susiduria su toksiškų dūmų darbo vietoje; darbuotojai, kurie rūko be šio poveikio, turi 50 % didesnę tikimybę susirgti plaučių vėžiu.