癌細胞有三個顯著的基本特徵即：不死性，遷移性和失去接觸抑制.

形態特徵：

癌細胞大小形態不一，通常比它的源細胞體積要大,核形態不一，並可出現巨核、雙核或多核現象。核內染色體呈非整倍態（aneuploidy），某些染色體缺失，而有些染色體數目增加。正常細胞染色體的不正常變化，會啟動細胞凋亡過程，但是癌細胞中，細胞凋亡相關的訊號通路產生障礙，也就是說癌細胞具有不死性。

線粒體表現為不同的多型性、腫脹、增生，如嗜酸性細胞腺瘤中肥大的線粒體緊擠在細胞內，肝癌細胞中出現巨線粒體。

細胞骨架紊亂，某些成分減少，骨架組裝不正常。細胞表面特徵改變，產生腫瘤相關抗體

生理特徵：

細胞週期失控，就像寄生在細胞內的微生物，不受正常生長調控系統的控制，能持續的分裂與增殖。

具有遷移性，細胞粘著和連線相關的成分（如ECM、CAM）發生變異或缺失，相關訊號通路受阻，細胞失去與細胞間和細胞外基質間的聯結，易於從腫瘤上脫落。許多癌細胞具有變形運動能力，並且能產生酶類，使血管基底層和結締組織穿孔，使它向其它組織遷移

接觸抑制喪失，正常細胞在體外培養時表現為貼壁生長和匯合成單層後停止生長的特點，即接觸抑制現象，而腫瘤細胞即使堆積成群，仍然可以生長．

定著依賴性喪失，正常真核細胞，除成熟血細胞外，大多須粘附於特定的細胞外基質上才能抑制凋亡而存活，稱為定著依賴性（anchorage dependence）。腫瘤細胞失去定著依賴性，可以在瓊脂、甲基纖維素等支撐物上生長。

去分化現象，已知腫瘤細胞中表達的胎兒同功酶達20餘種。胎兒甲種球蛋白（甲胎蛋白）是胎兒所特有的。但在肝癌細胞中表達，因此可做肝癌早期檢定的標誌特徵。

對生長因子需要量降低，體外培養的癌細胞對生長因子的需要量顯著低於正常細胞，是因為自分泌或其細胞增殖的訊號途徑不依賴於生長因素。某些固體瘤細胞還能釋放血管生成因子，促進血管向腫瘤生長。獲取大量繁殖所需的營養物質。

代謝旺盛，腫瘤組織的DNA和RNA聚合酶活性均高於正常組織，核酸分解過程明顯降低，DNA和RNA的含量均明顯增高。

蛋白質合成及分解代謝都增強，但合成代謝超過分解代謝，甚至可奪取正常組織的蛋白質分解產物，結果可使機體處於嚴重消耗的惡病質（cachexia）狀態。

線粒體功能障礙，即使在氧供應充分的條件下也主要是糖酵解途徑獲取能量。與三個糖酵解關鍵酶（己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶）活性增加和同工酶譜的改變，以及糖原異生關鍵酶活性降低有關。

可移植性，正常細胞移植到宿主體內後，由於免疫反應而被排斥，多不易存活。但是腫瘤細胞具有可移植性，如人的腫瘤細胞可移植到鼠類體內，形成移植瘤。