Kemoterapi, kanserin tipine ve evresine bağlı olarak çeşitli tedavi hedefleriyle uygulanır. Bu hedefler arasında hastalığın tedavisi, tümörün yayılımının (metastaz) önlenmesi, büyümesinin yavaşlatılması, başladığı organdan vücudun diğer bölgelerine yayılmış kanser hücrelerinin yok edilmesi ve kansere bağlı belirli semptomların hafifletilmesi yer alır. Bazı durumlarda kemoterapi, tek tedavi seçeneği olabilir. Hastalığın evresine göre, cerrahi ve radyoterapi gibi diğer tedavi yöntemleriyle ardışık veya eş zamanlı olarak uygulanabilir. Örneğin, ameliyat öncesinde tümörü küçültmek amacıyla veya ameliyat sonrası vücutta kalmış olabilecek kanser hücrelerini ortadan kaldırarak hastalığın tekrarlama veya yayılma riskini azaltmak için kemoterapi yapılabilir. Benzer şekilde, radyoterapi öncesinde, sonrasında veya radyoterapi ile eş zamanlı olarak da kemoterapi uygulanabilmektedir.