虽然包括铜（Cu）和锌（Zn）在内的几种重金属作为细胞内新陈代谢过程中必需的元素，用于合成各种酶并且在细胞复制等过程中有重要作用，但几乎所有重金属都是严重的致癌物质。由于重金属的化学和生理学性质，重金属有很多作用，在工业中是不可或缺的，可用于包括合金，冶炼和一些产品的生产。这些应用增加了这些人重金属暴露的机会。镉，铬和镍等重金属被国际癌症研究机构归类为第一类致癌物，这些金属物质主要是会诱发氧化应激，造成DNA损伤和细胞死亡，导致癌症和癌症相关疾病的风险增加。
重金属的致癌作用主要是导致氧化应激。比如镉，在大鼠模型中，让大鼠长期暴露于镉的研究表明，镉通过抑制细胞抗氧化系统，诱导肝和肾毒性。金属硫蛋白是大多数身体器官中普遍存在的蛋白质。它可以与金属元素如镉形成复合物。并肾小管中累积，并引起肾小管结构变化，从而导致肾结石和癌症的增加。此外，镉可以影响性激素的分泌。它可以破坏雌激素生成途径，影响黄体酮和睾酮的产生，并模仿内源性雌激素，从而增加了卵巢癌和乳腺癌的风险。
又如镍，通过受镍污染的水，空气、玩具等，镍化合物与皮肤接触，可以导致皮炎和过敏。经口接触的镍也诱导皮肤和口腔上皮损伤。在镍的冶炼，采矿过程中，镍被吸入会导致肺部和鼻腔受到严重损害，从而导致相关工人患肺癌和鼻癌等职业病的风险明显增加。镍的暴露也是通过降低抗氧化酶的表达，诱导更多的氧化应激，导致DNA的断裂。
总的来说，重金属具有致癌性，主要是由于诱发氧化应激反应，造成DNA的断裂或者突变，最终致癌。对于一些重金属，比如镉、镍、铬，砷（非传统意义的重金属）等是有明确的流行病学证据和动物证据，证明为确切的致癌物，而一些重金属如汞、铅、钴等，虽然有一些动物试验得出了致癌的作用，但尚无明确的证据证明能使人类致癌。此外一些身体所需的重金属元素如铜，锌等，属于微量元素，人体是必须，但如果过量，也可以中毒，包括可能致癌。由于重金属致癌的机制大多数是属于氧化应激，所以为了预防重金属的毒性和致癌作用，除了原理污染源以外，摄入抗氧化剂也是可以降低其毒性的方法，所谓抗氧化剂，多数富含在新鲜蔬菜水果里面，所以，多吃蔬菜水果，对于可能有重金属暴露的人群，有一些预防保护作用。