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癌细胞是从正常细胞经过一个称为转化的复杂过程发展而来。这个过程的第一步是启动，使原来细胞的基因物质变成癌细胞性。细胞基因物质的改变是由致癌物所引起——如化学品、病毒、放射线、或日光。但是，不是所有的细胞都对致癌物一样敏感。细胞中的一个基因缺陷或其他称为启动剂的物质可使细胞更敏感。甚至慢性物理刺激也可使细胞变得更敏感成为癌细胞性。在第二步，即促进作用，一个经过启动的细胞变成癌细胞。促进作用对一个没有启动的细胞是不起作用的。这样，几个因素，常常是敏感细胞和致癌物共同作用对发生癌症是必需的。

在一个正常细胞变成一个癌细胞的过程中，最根本的是它的DNA发生了变化。

细胞基因物质的变化常常难以测定，但有时候一个特定的染色体形状或大小的变化代表某一特定的癌症。例如，一种叫费城染色体的异常染色体在80%的慢性髓细胞白血病的病人中发现。基因改变也在脑肿瘤和结肠癌、乳腺癌、肺癌以及骨癌中发现。

一系列染色体的改变对某些癌症的发生可能是必要的。家族性多发性结肠息肉病（一种息肉能发展成为癌症的遗传性肠道疾病）的研究表明了这些改变在结肠癌中可能起的作用：正常情况下5号染色体抑制基因控制肠壁生长，由于不再受该抑制基因作用，正常肠壁细胞开始更加活跃地生长（过度增生）。一个轻度DNA改变促使形成腺瘤（一种良性肿瘤）。另一基因（RAS癌基因）使腺瘤生长更加活跃，随后的18号染色体上一个抑制基因丢失，进一步刺激腺瘤，最后17号染色体上的一个基因丢失，使良性腺瘤转化成为癌症。其他一些改变可使癌症转移。

即使这样当一个细胞变成癌细胞时，在它繁殖形成癌症之前免疫系统常常能消灭它。当免疫系统功能不正常时如在有艾滋病的人群和接受过免疫抑制药物治疗以及患有某种自身免疫疾病的人中，癌症更可能发生。但免疫系统不是保险的，即使在它的功能正常时，癌症也能逃避免疫系统的保护监视作用。