המאפיין הכללי של סרטן הוא חלוקת תאים בלתי מבוקרת, המובילה להיווצרות מסת תאים שנקראת גידול. גידול נחשב שפיר עד שהוא מתחיל לפלוש לרקמות סמוכות, ואז הוא נחשב ממאיר. בתאים בריאים, שגשוגם מבוקר היטב על ידי רשת סבוכה של גורמי בקרה חיובים ושליליים.גורמים אלו מוודאים שהתאים מתחלקים רק מתי שהם צריכים. כאשר גנים המקודדים את הבקרים החיוביים עוברים מוטציה ליצירת חלבונים פעילים יתר על המידה, הם נקראים אונקוגנים. ישנם נגיפים הגורמים לסרטן על ידי הכנסת עותקי אונקוגנים משלהם לתוך תאים בריאים.לדוגמה, הגרסה הוויראלית SRC-של אנזים ה, מולקולת מפתח המעורבת באיתות תאים, היא חסרת אתר הבקרה המבקר על הגרסה האנושית. חוסר האתר הזה מעורר חלוקה בלתי מבוקרת בתאים המארחים. בניגוד לאונקוגנים, גנים מדכאי-גידולים מקודדים חלבונים המבקרים שגשוג תאים באופן שלילי.כשהם עוברים מוטציה, חלוקת התאים מתקדמת ללא בקרה. לעד 50%מהגידולים האנושיים יש מוטציות p53-בגן מדכא הגידול המקודד ל. חלבון רב-תפקודי זה חיוני לבקרת מחזור התא ולאפופטוזיס.שגשוג תאים לא מבוקר מוביל לצמיחת גידולים. המשמעות היא שהתאים זקוקים ליותר חמצן וחומרים מזינים. בתהליך הנקרא אנגיוגנזה, הם מייצרים גורמי גדילה המקדמים את היווצרות כלי הדם בגידול.ככל שהגידול ממשיך לגדול, כך התאים ממשיכים להתחלק ולהשתנות, וכך גובר הסיכוי שהתאים ישתחררו מהגידול ויתפשטו למקומות אחרים בגוף. התפשטות תאים סרטניים מהגידול נקראת גרורה והיא אחראית לכ-90%ממקרי המוות הקשורים לסרטן. האתגר העיקרי בטיפול בסרטן הוא העובדה שלא מדובר במחלה אחת בלבד, לכל חולה סרטן יש מוטציות גנים ייחודיות, וכל גידול מורכב מקבוצה שונה של תאים שעברו מוטציה.