抗代谢药是与正常代谢物或辅酶结构相似的化合物，其主要作用系与合成正常代谢物所必需的酶相结合，从而干扰核酸的合成，抑制肿瘤细胞的生长和增殖。有些抗代谢物具有反馈抑制作用，可阻断代谢物前体的合成。主要的抗代谢药有抗叶酸、抗嘌呤及抗嘧啶等，作用于细胞S期，且均属于细胞周期特异性药物。由于肿瘤组织与正常组织的代谢过程无明显质的差别，因此抗代谢药的选择性较差，对增殖较快的正常组织如骨髓、胃肠道粘膜、生殖系统和毛发等都有相当的毒性。抗代谢药虽大多抑制细胞DNA的合成，但因其作用点不同，所以各抗代谢药之间一般无交叉耐药性。