Rak, ki je nenadzorovana rast celic, ki ima škodljive učinke na organe in druga telesna tkiva, je lahko povezan z izpostavljenostjo določenim kemikalijam v okolju. Rakave celice postanejo škodljive, ko se namnožijo do točke, ko vdrejo v sosednje tkivo in se sčasoma razširijo na druge telesne sisteme. Pogosto se rast celice, ki ni nadzorovana, sproži ponavljajoča se izpostavljenost strupeni kemikaliji, imenovani tudi rakotvorna snov. Kemikalije in pojavnost raka gredo z roko v roki. Večina raziskav o etiologiji raka se osredotoča na specifične okoljske vzročnosti, kot je na primer izpostavljenost kemikalijam na delovnem mestu ali izpostavljenost kot posledica izbire življenjskega sloga.
Povezava med kemikalijami in rakom se začne, ko kemična rakotvorna snov sproži spremembo znotraj deoksiribonukleinske kisline (DNK), proces, imenovan iniciacija. V normalnih okoliščinah lahko telesni obrambni sistem prepozna in popravi poškodovane dele DNK, če pa se celica med tem začne razmnoževati, je poškodba še vedno prisotna v genetski kodi in rezultat je nenormalna celica z rakavim potencialom. En sam ali nekaj primerov začetnega procesa običajno ni dovolj za razvoj raka; pogosto opazimo druge dejavnike, ki jih običajno imenujemo »spodbujevalci«, za katere se zdi, da so prisotni, ko pride do nenadzorovane rasti. Ti promotorji vključujejo dejavnike, kot so izpostavljenost začetni kemikaliji v velikih količinah v daljšem časovnem obdobju, prehransko pomanjkanje ali genetska nagnjenost k raku. Povezava med kemikalijami in rakom ni popolnoma razumljena, vendar se večina raziskovalcev strinja, da je eden od teh promotorjev običajno prisoten, ko se rak razvije.
Raziskave kemikalij in raka se izvajajo že desetletja; morda najbolj znana študija industrijskega in tobačnega dima kot potencialnega kancerogena se je začela v ZDA v 1930. letih prejšnjega stoletja. V desetletjih je bilo v industrijskem in cigaretnem dimu odkritih na desetine kemikalij, ki povzročajo raka, kot sta benzopiren in formaldehid. Drug primer pogoste kemikalije, ki je zaskrbljujoča, je polivinilklorid, ki nastane pri izdelavi PVC cevi. Zaradi njegove prisotnosti v številnih aplikacijah, ki jih uporablja prebivalstvo, je ena izmed mnogih kemikalij, ki jih znanstveniki še naprej raziskujejo, da bi razumeli njihove specifične kancerogene mehanizme. Raziskave kemikalij in raka segajo na uporabo nekaterih kemikalij za zdravljenje raka, ko se pojavi, kar imenujemo kemoterapija.
Vzročno-posledične povezave med kemikalijami in rakom lahko opazimo pri benzenu in levkemiji, azbestu in pljučnem raku ter vinilkloridu in raku jeter. Tveganje za nastanek raka postane bistveno večje, če se rakotvorne kemikalije srečamo skupaj. Primer tega koncepta je mogoče videti pri tovarniških delavcih, ki so vsakodnevno izpostavljeni strupenemu dimu na delovnem mestu; delavci, ki poleg te izpostavljenosti kadijo, imajo 50 % večjo možnost za razvoj pljučnega raka.