雖然包括銅（Cu）和鋅（Zn）在內的幾種重金屬作為細胞內新陳代謝過程中必需的元素，用於合成各種酶並且在細胞複製等過程中有重要作用，但幾乎所有重金屬都是嚴重的致癌物質。由於重金屬的化學和生理學性質，重金屬有很多作用，在工業中是不可或缺的，可用於包括合金，冶煉和一些產品的生產。這些應用增加了這些人重金屬暴露的機會。鎘，鉻和鎳等重金屬被國際癌症研究機構歸類為第一類致癌物，這些金屬物質主要是會誘發氧化應激，造成DNA損傷和細胞死亡，導致癌症和癌症相關疾病的風險增加。

重金屬的致癌作用主要是導致氧化應激。比如鎘，在大鼠模型中，讓大鼠長期暴露於鎘的研究表明，鎘透過抑制細胞抗氧化系統，誘導肝和腎毒性。金屬硫蛋白是大多數身體器官中普遍存在的蛋白質。它可以與金屬元素如鎘形成複合物。並腎小管中累積，並引起腎小管結構變化，從而導致腎結石和癌症的增加。此外，鎘可以影響性激素的分泌。它可以破壞雌激素生成途徑，影響黃體酮和睪酮的產生，並模仿內源性雌激素，從而增加了卵巢癌和乳腺癌的風險。

又如鎳，透過受鎳汙染的水，空氣、玩具等，鎳化合物與面板接觸，可以導致皮炎和過敏。經口接觸的鎳也誘導面板和口腔上皮損傷。在鎳的冶煉，採礦過程中，鎳被吸入會導致肺部和鼻腔受到嚴重損害，從而導致相關工人患肺癌和鼻癌等職業病的風險明顯增加。鎳的暴露也是透過降低抗氧化酶的表達，誘導更多的氧化應激，導致DNA的斷裂。

總的來說，重金屬具有致癌性，主要是由於誘發氧化應激反應，造成DNA的斷裂或者突變，最終致癌。對於一些重金屬，比如鎘、鎳、鉻，砷（非傳統意義的重金屬）等是有明確的流行病學證據和動物證據，證明為確切的致癌物，而一些重金屬如汞、鉛、鈷等，雖然有一些動物試驗得出了致癌的作用，但尚無明確的證據證明能使人類致癌。此外一些身體所需的重金屬元素如銅，鋅等，屬於微量元素，人體是必須，但如果過量，也可以中毒，包括可能致癌。由於重金屬致癌的機制大多數是屬於氧化應激，所以為了預防重金屬的毒性和致癌作用，除了原理汙染源以外，攝入抗氧化劑也是可以降低其毒性的方法，所謂抗氧化劑，多數富含在新鮮蔬菜水果裡面，所以，多吃蔬菜水果，對於可能有重金屬暴露的人群，有一些預防保護作用。

因為相當多的一部分重金屬也是“放射性元素”，放射性元素致癌是被世界公認的，居里夫人發現了放射性元素“鐳”，因為她在接觸提煉中不免攝入放射性元素，所以她是患血癌死亡的。

美國在自己的原子彈試驗基地的沙漠中拍攝“成吉思汗”的電視劇，凡是參與的劇組人員，有一半以上已經患癌症死亡。放射性元素致癌是毋容置疑的。而不含放射性元素重金屬元素可以置換身體中的放射性元素的重金屬，讓放射性元素處於活躍期，增加患癌機率，同時降低免疫力，也會增加患癌的機率。