Zaradi zapletene narave preučevanja človeških bolezni je bilo veliko raziskav, ki povezujejo pesticide in raka, opravljene v laboratoriju z živalmi. Glede na te študije so številni pesticidi potrjeno rakotvorni. Poleg laboratorijskih študij so epidemiološke raziskave, ki preučujejo učinke pesticidov na kmetijske delavce, odkrile močno povezavo med povečanim tveganjem za raka in izpostavljenostjo pesticidom. Znanstveniki še naprej preučujejo herbicide, fungicide in insekticide, da bi bolje razumeli povezavo med temi pesticidi in povečanim tveganjem za razvoj raka. Povezava med domačo uporabo pesticidov in rakom je še eno področje stalnih raziskav.
Organoklorni razred insekticidov, ki vsebuje diklorodifeniltrikloroetan (DDT), heptaklor in lindan, je že desetletja osumljen kot potencialno rakotvoren. Čeprav je bilo veliko teh pesticidov prepovedanih v številnih državah, se drugi še vedno uporabljajo. Te kemikalije se nagibajo k kopičenju v živih tkivih rastlin in živali ter so obstojne v okolju. Vzorci hrane kažejo, da so prepovedane kemikalije prisotne celo v trenutni oskrbi s hrano. Nekateri raziskovalci verjamejo, da izpostavljenost okolja pesticidom s hrano, vodo in zrakom igra vlogo pri razvoju raka.
Kontaminirano tkivo dojk pri ženskah z rakom dojk je uvrščeno kot dokaz povezave med pesticidi in rakom. V obolelem tkivu so bile ugotovljene višje ravni pesticidov od pričakovanih. Nekatere organizacije za raka so navedle, da ni dovolj dokazov za vzpostavitev jasne povezave med rakom dojk in kemikalijami, kot so pesticidi, medtem ko drugi raziskovalci trdijo, da obstaja trdna povezava med povečano izpostavljenostjo pesticidom ter rakom dojk in drugimi vrstami raka. Obstaja nekaj dokazov, da bi lastnosti nekaterih pesticidov, ki posnemajo hormone, lahko pojasnile povezavo med temi kemikalijami in povečanim tveganjem za hormonsko občutljive vrste raka, kot so rak dojke, maternice in jajčnikov.
Velike epidemiološke študije kmetijskih delavcev so pokazale, da povečana izpostavljenost nekaterim pesticidom poveča tveganje za melanom. Izpostavljenost soncu prav tako igra vlogo pri razvoju tega raka, kar otežuje jasne dokaze o povezavi med pesticidi in rakom. Drugi raki, povezani z uporabo kmetijskih pesticidov, vključujejo maligni limfom, ne-Hodgkinov limfom in levkemijo. Raziskovalci še naprej preučujejo povezavo med pesticidi in rakom pljuč in jajčnikov.
Poleg študij kmetijskih delavcev sta domača uporaba in okoljska izpostavljenost pesticidom povezani tudi s povečanim tveganjem za nekatere vrste raka. Nekateri pesticidni izdelki, ki se uporabljajo na vrtu in doma, so bili povezani z večjo pojavnostjo raka. Epidemiologija je odkrila domnevne povezave med rakom pri otrocih in izpostavljenostjo pesticidom. Posebej zaskrbljujoči so organofosfatni insekticidi in herbicidi. Zaradi zapletene narave preučevanja človeških bolezni obstajajo nasprotujoči si dokazi za številne povezave med pesticidi in rakom, vključno s študijami kemikalij, ki jih potrošniki običajno uporabljajo doma.