Vzniká rezistencia spôsobená biologickými zmenami vo vnútri bunky nádoru. Sú to predovšetkým znížený príjem cytostatík bunkou, zvýšene vypudzovanie liečiva bunkou a zvýšená syntéza reduktáz zodpovedných za degradáciu liečiva v nádore. Čiastočne sa vzniku takýchto „mutantov“ dá predísť ako dosiahnutím čo najvyššej koncentrácie v cieľovom tkanive, tak aj skorým započatím terapie a zmenou cytostatika pri vznikajúcej tolerancií, avšak za najúčinnejšiu prevenciu sa považuje kombinácia rôznych cytostatík s rôznym mechanizmom účinku. Cytostatiká malú rôzny mechanizmus účinku:
 Narušenie mitotického vretienka: Plneniu funkcie mitotického vretienka bránia tzv. vretienkové jedy. Zastavia mitózu v metafáze tým, že prerušia zhlukovanie mikrotubulov do vretienkových vlákien. Sú to predovšetkým alkaloidy zo Zimozelu (vinca rosea) vinkristin a vinblastin. Pri ich aplikácií sa môžu vyskytnúť nežiadúce účinky na CNS spôsobené poškodením axonálnych transportných mechanizmov sprostredkovaných mikrotubulmi. Docetaxel je polosyntetycký derivát paklitaxelu, čo je hlavný alkaloid tisu (taxus brevifolia). Spôsobuje deformácie mitotického vretienka.
 Mitózu predchádza zdvojenie chromozómov tj. zvýšená syntéza DNA, proteínov a syntéza RNA. Existuje niekoľko spôsobov ako tieto deje narušiť.
a)Poškodenie matrice (alkylujúce cytostatiká). Ide o reaktívne zlúčeniny ktorých alkyly sa viažu na matricu DNA a tak bránia správnemu odčítaniu genetickej informácie.Táto skupina cytostatík je z hľadiska bunkového cyklu nešpecifická, môže pôsobiť v ktorejkoľvek jeho fáze. Sú to napríklad: chlorambucil, melfan, thio-TEPA, cyklofosfamid, ifosfamid, lomustin, a busulfan. Medzi špecifické nežiadúce účinky patrí ireverzibilná pľúcna fibróza a hemoragická cystitída.
b)Cytotoxické antibiotiká: Sami sa vkladajú do DNA, čo môže viesť k zlomom vlákien. Patria sem antracyklínové antibiotiká ako napríklad daunorubicin a adriamycin. Môžu vyvolať kardiomyopatiu a pľúcnu fibrózu.
 Inhybícia syntézy nukleových kyselín. Pre stavbu purínových báz je potrebná kyselina tetrahydrolistová (THL), ktorá sa tvorí z kyseliny listovej za prítomnosti reduktázy kyseliny listovej. Aktivitu tohoto enzýmu inhybiujú všetky cytostatiká ako falošný substrát. Syntéza DNA a RNA skončí keď sa minú intracelulárne zásoby THL. Sú to napríklad aminopterin a methotrexát.
 Inkorporácia falošných stavebných jednotiek. Ide o neprirodzené bázy (napr. 6-merkaptopurin) alebo nukleozidy s falošnými cukrami, ktoré pôsobia ako antimetabolity.