目前，腫瘤化療的臨床應用有四種方式。
1、根治性化療
對化療敏感，通過全身化療可以治癒或完全控制的腫瘤往往採用根治性化療，如絨毛膜上皮癌、急性白血病、惡性淋巴瘤、睪丸腫瘤、腎母細胞瘤、神經母細胞瘤及胚胎性橫紋肌肉瘤等惡性腫瘤。近年來逐漸認識到此類腫瘤療效與劑量強度密切相關。自1989年基因重組人粒細胞集落刺激因子和粒-單核細胞集落刺激因子（rhG-CSF及rhGM-CSF）進入臨床使用，加上自身骨髓移植及外周造血幹細胞移植的應用，使通過高劑量或超常規劑量化療提高化療療效，尤其是對有治癒可能的腫瘤提高治癒率成為可能，並日益引起腫瘤臨床工作者的重視。
2、綜合治療的重要組成部分
輔助化療和新輔助化療輔助化療是指採用有效的局部治療（手術或放療）後，主要針對可能存在的微小轉移灶，防止復發轉移而進行的化療，例如骨肉瘤術後輔助化療能明顯改善療效，有助於部分病人避免截肢。在高危的乳腺癌病人，術後輔助化療能改善生存率和無病生存率。新輔助化療又稱誘導化療或起始化療是指在局部治療手術或放療前先使用化療，目的是希望化療後局部腫瘤縮小，減小手術範圍及清除或抑制可能存在的微小轉移灶。現已證實新輔助化療可在乳腺癌、喉癌、骨肉瘤和軟組織肉瘤中減少手術範圍及其造成的傷殘，並亦已提示在非小細胞肺癌、食管癌、鼻咽癌及其它頭頸腫瘤中可能的好處。
3、姑息性化療
對於晚期或播散性癌症患者，通常缺乏其它有效的治療方法，往往一開始就採用全身化療，但化療對這科病人的姑息作用是有限的，近期的目標是取得緩解。如一開始採用的一線化療方案失敗，需換用其它的二線、三線化療方案，常稱為補救化療。
4、局部化療
①胸腔內、心包腔內及腹腔內化療治療癌性滲液；
②通過腰椎穿刺鞘內給藥，常用於治療腦膜白血病或淋巴瘤；
③動脈插管化療，肝動脈插管用於不能手術切除的原發性肝癌及肝轉移癌的治療。頸外動脈分支插管可用於治療頭頸癌及顱內腫瘤；
④腫瘤內注射。
