Ieprogrammētu šūnas nāvi sauc par apoptozi, ko parasti izraisa iekšējie bojājumi vai signāli no apkārtējiem audiem. Apoptoze un vēzis ir saistīti divos svarīgos veidos. Pirmkārt, audzēji nevar augt, ja parastā drošības sistēma organismā tos atklāj un izraisa to pašiznīcināšanos, tāpēc vēzis bieži bloķē mehānismus, ar kuriem organisms iezīmē nekontrolētu audu augšanu apoptozei. Otrkārt, vēža šūnas inaktivē gēnus, kas kodē nepieciešamos proteīnus ļaundabīgo šūnu iznīcināšanai. Ķīmijterapijas izmanto attiecības starp apoptozi un vēzi, bojājot audzējus un atzīmējot tos nāvē.
Apoptoze notiek, kad ķīmiskie signāli ierosina pašiznīcināšanās procesu šūnā, mainot membrānu, noārdot DNS kodolā un sagremot šūnu proteīnus ar specializētiem enzīmiem. Ir divu veidu ceļi, kas liks šūnai pakļauties apoptozei: iekšējais, ko ierosina DNS mutācijas, un ārējais, kas saņem norādes no šūnas ārpuses. Ārējo ceļu var izraisīt hormoni, toksīni un citas molekulas, kas spēj aktivizēt īpašas šūnas vietas, kas pazīstamas kā nāves receptori.
Audzēja veidošanās sākumposmā DNS notiek mutācijas, kas maina attiecības starp apoptozi un vēzi, kas ļauj nekontrolētu šūnu augšanu. Vēzis ietver patoloģiskas izmaiņas ciklā, kurā šūnas vairojas un vairojas, notikumi, kas parasti izraisa apoptozi, kad tie tiek atklāti veselās šūnās. Dažreiz tas tiek darīts, nomācot gēnu, kas kodē svarīgas olbaltumvielas, kuras organisms izmanto, lai signalizētu vēža audiem, lai tie tiktu izvadīti ar apoptozi. Audzēji var arī izdalīt ķīmiskus vēstnešus, kas mulsina vai bloķē procesu, kas parasti liek vēža šūnām pašiznīcināties.
Svarīgs gēns, p53, kodē kurjera proteīnus, kas izraisa apoptozi. Daži vīrusu izraisīti vēža veidi nomāc šī gēna aktivāciju un padara audzēja šūnas mazāk jutīgas pret nāves receptoru aktivāciju. Neatkarīgi no tā, vai to izraisa vīrusi vai nē, audzēju gadījumā palielinās augšanu veicinošu vielu ražošana šūnās. Parasti organisms reaģē uz nekontrolētu noteikta šūnu tipa izplatīšanos, izraisot masveida apoptozi, bet onkoģenēzes laikā — vēža veidošanās — līdzsvars starp apoptozi un vēzi šķeba uz šūnu augšanu, nevis uz nāvi.
Ķīmijterapijas ārstēšana bieži ir atkarīga no saiknes starp apoptozi un vēzi. Lielākā daļa no šīm zālēm arī traucē DNS sintēzi un šūnu dalīšanos vai augšanu, taču šie mehānismi galu galā darbojas, lai iznīcinātu audzēja šūnas, pirms tās sadalās un veido vairāk kopiju. Dažādas zāles aktivizē dažādus punktus ceļā, kas noved arī pie ieprogrammētas šūnu nāves, dažreiz palielinot audzēja šūnu nāves receptoru jutīgumu. Tā kā daži ļaundabīgi audzēji vairs nereaģē uz pašiznīcināšanās signāliem, zinātnieki ir ieinteresēti izstrādāt ķīmijterapijas, kas var tieši izraisīt dabiskās apoptozes notikumus.