化疗即通过药物杀死或减缓癌细胞的生长。然而，由于化疗药物在全身发挥作用（例如对于特定发育阶段的所有细胞），因此不仅癌细胞会受到攻击，健康细胞也会受到攻击。由于健康细胞在化疗期间也受到损害，因此可能会出现副作用。
化疗通常引起恶心、呕吐、食欲减退、体重减轻、乏力和血细胞计数减低，血细胞计数减低进而导致贫血和增加感染风险。接受化疗的患者通常会脱发，但其他副作用因药物种类的不同而不同。
胃肠道影响
胃肠道（消化道）影响很常见，包括
食欲不振（不常见）
恶心和呕吐
腹泻
这些影响也可能由癌症本身引起
食欲下降很常见，可能导致体重减轻。体重减轻超过理想体重 10% 的人群，健康状况不如能够维持体重或体重减轻较少的人。医生鼓励人们保持良好的营养。有几种药物可增加食欲，但尚不清楚它们实际能否逆转体重减轻、改善生活质量或延长生存期。
恶心和呕吐会严重损害生活质量。人们通常认为所有癌症药物都会引起恶心和呕吐，但这些症状更可能与某些药物和某些情况有关。恶心和呕吐通常可以用药物（止吐药）预防或缓解，特别是格拉司琼、昂丹司琼或阿瑞匹坦。医生可能会在化疗前给予这些药物，以及在化疗开始后给予这些药物治疗恶心和呕吐。也可以通过少量饮食，不吃高纤维、产气和过冷过热的食物来减轻恶心症状。在一些州，可以开具大麻以缓解化疗引起的恶心和呕吐。
腹泻常见于化疗药物或靶向药物治疗后（以及放疗后）。腹泻通常用洛哌丁胺治疗
低血细胞浓度
由于化疗药物对骨髓（产生血细胞的部位）的毒性作用，可导致一种或多种血细胞缺乏症（血细胞减少症）。例如，患者可能出现下列细胞的异常减少
红细胞可将氧气从肺部运送到所有机体细胞。红细胞不足时，患者可能面色苍白、疲劳或无力。更严重贫血患者可能出现眩晕、口渴、出汗或甚至呼吸短促和胸痛。如果贫血严重，可以输注浓缩红细胞。也可以使用红细胞生长因子（促红细胞生成素），但最好输血，因为这样可降低血栓的风险。
中性粒细胞减少症患者发生感染的风险增加，因为白细胞是机体感染防御系统的重要组成部分。中性粒细胞减少症患者中高于 38℃ 的发烧需作为紧急情况处理。这样的病人必须评估感染情况，可能需要应用抗生素，甚至住院治疗。很少输注白细胞，因为输注的白细胞仅存活数小时，却产生很多副作用。替代疗法是，某些药物（如粒细胞集落刺激因子）可以用来刺激白细胞的产生。
血小板是血液中的细胞样小颗粒，当血管被割伤或破裂时有助于凝血。血小板不足（血小板减少症）患者可能容易瘀伤和出血。如果血小板减少症严重，患者可能会出现严重的消化道出血或脑部出血。可以输注血小板来治疗或帮助预防出血。
口腔溃疡
许多患者出现炎症或甚至黏膜（如口腔内壁）溃疡。口腔溃疡引起疼痛，导致进食困难。多种口服溶液（通常包括抗酸剂、抗组胺药和局麻药）可以减轻这种不适。罕见情况下，患者需要通过直接置入胃或小肠的饲管甚至通过静脉来获得营养支持。
抑郁与焦虑
器官损害和其它癌症
化疗药物有时可能损害其他器官，如肺、心脏和肝脏。例如，大剂量应用蒽环类抗生素引起心脏损害。
接受化疗尤其是烷化剂的患者，在治疗后数年发生白血病的风险增加。有些药物，尤其是烷化剂，可引起接受这些药物治疗的部分女性和大多数男性不育。
肿瘤溶解综合征和细胞因子释放综合征
肿瘤溶解综合征可能在化疗后出现，原因在于当癌细胞遭杀伤时，它们可能向血流释放其内容物。死亡细胞的废物，包括尿酸和电解质，可能会损害肾脏或心脏。肿瘤溶解综合征主要在急性白血病和非霍奇金淋巴瘤中出现，但还可在治疗其它类型的癌症后出现。有时，医生能够通过在化疗前及期间给予别嘌醇来避免高尿酸水平，从而预防肿瘤溶解综合征。医生还可以通过静脉补液，以促进肾脏迅速排泄这些毒性产物。
细胞因子释放综合征与肿瘤溶解综合征有关，但不同。当大量白细胞被激活并释放称为细胞因子的炎性物质时，会发生细胞因子释放综合征。它是细胞疗法（例如使用 CAR-T 细胞和某些单克隆抗体的疗法）的常见并发症。症状包括发烧、疲劳、食欲不振、肌肉和关节疼痛、恶心、呕吐、腹泻、皮疹、呼吸急促、头痛、神智错乱和幻觉。血氧水平和血压可能会降低并损害身体器官。一般来说，轻度细胞因子释放综合征的治疗是支持性治疗，包括缓解发热、肌肉疼痛或疲劳等症状。较严重的细胞因子释放综合征患者可能需要使用氧疗法、升高血压的液体和药物以及减少炎症的药物。
