Nieprawidłowe mostki w obrębie tej samej nici skutkują ich wycięciem i pęknięciem łańcucha DNA, a między dwoma różnymi łańcuchami DNA uniemożliwiają ich rozdzielenie, które jest konieczne do replikacji materiału genetycznego. Zmiany struktury DNA hamują lub uniemożliwiają transkrypcję, syntezę DNA i blokują podziały komórkowe.
Leki alkilujące są lekami cytostatycznymi działającymi nieswoiście dla fazy cyklu komórkowego, zatem działają we wszystkich fazach cyklu komórkowego, choć najsilniejsze działanie wykazują w fazie S.
Grupy leków alkilujących Pochodne iperytu azotowego Wszystkie pochodne iperytu azotowego w budowie zawierają dwa łańcuchy chloroetyloaminowe. Najstarszym lekiem tej grupy i jednocześnie najstarszym znanym lekiem cytostatycznym jest chlorometyna. Odkrycie chlorometyny jest wynikiem badań nad toksycznością iperytu siarkowego stosowanego jako gaz bojowy podczas pierwszej wojny światowej, który powodował leukopenię.