Kanser, sağlıklı hücrelerin hücre döngüsü düzenlemesinden kaçmasına ve süresiz olarak çoğalma yeteneği kazanmasına izin veren kritik genlerdeki mutasyonlardan kaynaklanır. Kanser, orijinal hücrelerden birindeki tek bir mutasyon olayından kaynaklanmasına rağmen, mutant hücre hatları giderek daha fazla mutasyon kazanmaya devam ettiğinde ilerler ve sonunda kötü huylu hale gelir. Örneğin, kronik miyeloid lösemi (KML) başlangıçta beyaz kan hücrelerinde ölümcül olmayan bir artış olarak gelişir ve ölümcül bir duruma dönüşmeden önce birkaç yıl boyunca giderek artar.

Genomdaki mutasyonlar, DNA replikasyonu sırasındaki hatalar veya kanserojenlerin neden olduğu DNA hasarı nedeniyle ortaya çıkabilir – gende kansere neden olan mutasyonları tetikleyebilen ajanlar. Bu tür mutasyonlar bir nokta mutasyonu olabilir; örneğin, kanserojen aristovolkanik aside maruz kalma, A’dan T’ye baz ikamelerine neden olur. Mutasyonlar, meme kanseri BRCA1 ve BRCA2 gen mutasyonlarında görüldüğü gibi indels, büyük ölçekli kromozomal delesyonlar ve translokasyon da olabilir. KML hücreleri, kromozomal segmentin bir kısmının kromozom 9 ve 22 kromozomları arasında yer değiştirdiği Philadelphia kromozomuna sahiptir.

Kanser hücrelerinin normal hücrelerden evrimi, her kanser kritik mutasyonun popülasyonda doğal olarak seçildiği ve sabitlendiği Darwinci evrimin bir örneği olarak tanımlanır. Kanserin gelişimi tipik olarak tek bir hücrenin soyunda önemli sayıda bağımsız, nadir genetik mutasyon ve epigenetik değişiklik gerektirir. Bu, yaşın bir fonksiyonu olarak kanser insidansının artmasının nedeni olabilir. Örneğin, hastalarda meme kanseri teşhisi için ortanca yaş 61’dir; Kolorektal kanser için 68 yıl, akciğer kanseri için ise 70 yıldır.