เซลล์กลายเป็นมะเร็งหลังจากการกลายพันธุ์สะสมในยีนต่างๆ ที่ควบคุมการเพิ่มจำนวนเซลล์ จากผลการวิจัยของโครงการจีโนมมะเร็ง เซลล์มะเร็งส่วนใหญ่มีการกลายพันธุ์ 60 ครั้งขึ้นไป ความท้าทายสำหรับนักวิจัยทางการแพทย์คือการระบุว่าการกลายพันธุ์ใดที่ก่อให้เกิดมะเร็งชนิดใดชนิดหนึ่ง กระบวนการนี้คล้ายกับการค้นหาเข็มที่เป็นที่เลื่องลือในกองหญ้า เพราะการกลายพันธุ์จำนวนมากในเซลล์เหล่านี้ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตของมะเร็งเลยแม้แต่น้อย มะเร็งชนิดต่าง ๆ มีลายเซ็นการกลายพันธุ์ที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม การเปรียบเทียบทางวิทยาศาสตร์ของเนื้องอกหลายชนิดได้เผยให้เห็นว่ายีนบางชนิดมีการกลายพันธุ์ในเซลล์มะเร็งบ่อยกว่าชนิดอื่นๆ ตัวอย่างเช่น ยีนที่ส่งเสริมการเจริญเติบโต เช่น ยีนสำหรับโปรตีนส่งสัญญาณ Ras เป็นหนึ่งในยีนที่กลายพันธุ์ได้บ่อยที่สุดใน เซลล์มะเร็ง กลายเป็นเซลล์ที่มีความกระตือรือร้นสูงและผลิตเซลล์ที่ถูกกระตุ้นมากเกินไปโดยตัวรับการเจริญเติบโต ยาเคมีบำบัดบางชนิดทำงานเพื่อต่อต้านการกลายพันธุ์เหล่านี้โดยขัดขวางการทำงานของโปรตีนที่ส่งสัญญาณการเจริญเติบโต ยารักษามะเร็งเต้านมHerceptinเช่น บล็อกตัวรับไทโรซีนไคเนสที่ไวเกิน (RTKs) และยา Gleevec บล็อกไคเนสที่ส่งสัญญาณการกลายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดเรื้อรังชนิดไมอิโลจีนัส