化療的這一情況限制了它殺滅腫瘤的有效性，有些腫瘤天生耐葯

腫瘤細胞的增長，是按指數方式增殖的。從一個癌細胞增殖到臨床上能摸到或測量出的程度，直徑1cm時，需要經過20幾代增殖，這時腫瘤細胞的總數已達10^9以上。這樣的腫塊如果再經過10代，即達10^12（重量約1公斤），能將人致於死地。現有的抗癌藥物，並不能百分之百地殺滅癌細胞，只能按一定比例殺滅癌細胞。即使能殺滅90%，也只是殺滅掉1個對數值的癌細胞，要使化療藥物取得根治癌症的效果，必需具備99.9999%的殺滅效果，實際上這是難於實現的。要殺滅這麼多的癌細胞，但又不傷害機體正常組織，只能是天方夜譚。所以，化療藥物極難將癌細胞消滅乾淨。

目前化療藥物的單葯有效率總體比較差，一般是30%左右，而且要初始化療才會有這個效果。如果是反覆換方案的化療，有效率很難超過20%。而化療的毒副作用，卻是有增無減的，有時候病人因化療付出的代價，甚至會超過化療帶來的好處。因此化療之前，應慎重抉擇，合理評估獲益和風險。有幾種腫瘤近期化療效果比較好，比如絨癌，淋巴瘤，生殖細胞腫瘤，小細胞肺癌，乳腺癌等，而對於常見的非小細胞肺癌，食管癌及胃腸道腫瘤化療總體效果均不容樂觀。晚期反覆化療的病人化療效果更差。

藥物耐受性是影響腫瘤患者化療療效的最大障礙，很多患者因此導致化療失敗。耐藥性又稱為抗藥性，是指腫瘤細胞與藥物屢次接觸後，對藥物的敏感性下降甚至消失，致使藥物對腫瘤細胞的療效降低或無效。癌細胞對藥物的抗藥性已經成為癌症化療中的一大難題。

有一些病人，由於先天存在多葯耐葯基因，從一開始就對幾乎所有的化療藥物耐葯，表現為腫瘤不斷生長而無法控制。多葯耐葯是指腫瘤細胞除對一種藥物產生抗藥性外，還對多種作用機制迥然不同的藥物產生抗藥性。多葯耐葯機制目前仍在研究階段，現有的技術也無法預測哪些人會出現多葯耐葯。腫瘤一旦發生耐藥性，就使藥物不能發揮抗癌作用。即使腫瘤的大多數被殺死了，而這一小部分具有抗藥性的癌細胞依然會繼續生長，造成癌症的複發轉移，並且使得以後的化療變得無效。

另外，部分病人體質較差，而由於化療對各類細胞的良莠不分，破壞了大量的免疫細胞，使得病人在放化療之後免疫力進一步下降。免疫力低下時，體內的粒細胞、NK細胞，巨噬細胞等免疫細胞的戰鬥力會降低，癌細胞則容易生長和擴散。