يتمحور سرطان الخلايا حول اختلال وظيفي خطير في عملية التقسيم الطبيعية للخلية البشرية. كل خلية في جسم الإنسان تخضع لدورة حياة معقدة تتضمن مراحل النمو والانقسام والتكاثر والتجديد. حاليا، يتم تنظيم هذه العملية بدقة بواسطة مجموعة متنوعة من الجينات والبروتينات التي تضمن استمرار الصحة العامة للجسم. إلا أنه عند وجود طفرة جينية أو تلف DNA، يمكن لهذه العمليات أن تسوء مما يؤدي إلى تشكيل خلايا غير طبيعية قد تنقسم بشكل مستمر وبشكل عشوائي - وهو الخصائص الرئيسية للخلايا السرطانية.

تبدأ دورة حياة الخلية عادة بخلية راحة تعرف باسم "G₀"، والتي تستعد بعد ذلك لدخول مرحلة G₁، وهي فترة التحضير حيث تصنع الخلية جميع المكونات الضرورية لبدء الانقسام. ثم تأتي مرحلة S حيث يقوم الحمض النووي بالنسخ لتكوين نسخة مطابقة له قبل الانتقال إلى مرحلة G₂ للتحقق النهائي من سلامة الحمض النووي. أخيرا، خلال مرحلة M، يحدث انقسام الخلايا الفعلي، والذي ينتهي بإنتاج خليتين ابنتين جديدتين تماما ومتماثلتين للأصل.

إذا حدثت الطفرات أثناء أي مرحلة من هذه الدورة الحياتية، فقد تعوق قدرة الجسم على مراقبة نمو الخلايا واستعادتها الآمنة. بعض أنواع السرطان معروفة بتأثيرها الكبير على مراحل محددة من دورة الحياة الخلوية. مثلاً، العديد من سرطانات الثدي مرتبطة بفترة G₁ بسبب دور البروتين HER2/neu المرتبَط بها وارتباطاته الغير طبيعية بالأحماض الأمينية الأخرى. وفي حالة سرطان الرئة ذو الخلايا الصغيرة (SCLC)، غالبًا ما يرتبط الأمر بمراحل مابعد الانقسام مباشرةً عندما تبدأ الخلايا الجديدة حياتها الجديدة.

وبالتالي فإن فهم العلاقة بين السرطان ودورة الحياة الخلوية أمر حيوي ليس فقط لفهم هذا المرض ولكن أيضًا للتطوير المستقبلي لأنظمة علاج أكثر فعالية وأقل ضرراً للمريض. الدراسات الحديثة تعتمد بشكل كبير على تقنيات مثل علم الوراثة والخرائط الجزيئية لفهم كيفية تأثير السرطان على دورات الحياة المختلفة وكيف يمكن لأمراض أخرى التأثير عليه وعلى دوره الخاص ضمن الأنظمة البيولوجية الأكبر حجماً داخل الجسم البشري.