Alkilirajući agensi i njima srodni lekovi sadrže hemijske alkil grupe koje mogu stvarati kovalentne veze sa određenim nukleotidnim supstancama u ćeliji. Osnovni korak u delovanju ovih lekova je stvaranje karbonijum jona – atoma ugljenika sa šest elektrona u spoljnom omotaču. Ovakvi joni su veoma reaktivni i trenutno reaguju sa drugim elektronima kao što su amino-, hidroksilne- ili sulfhidrilne grupe. Većina citotoksičnih alkilirajućih agenasa su bifunkcionalni, tj. sa dve alkilirajuće grupe. Glavno dejstvo nastaje u toku replikacije, kada su pojedini delovi DNK neupareni i podložniji alkilaciji. Svi alkilirajući agensi suprimiraju funkciju kostne srži i uzrokuju gastrointestinalne poremećaje. Dužom primenom mogu nastati smanjenje gametogeneze (posebno kod muškaraca), što vodi u sterilitet i povećan rizik od akutne nelimfocitne leukemije i drugih maligniteta. Azotni plikavci Ciklofosfamid je verovatno najčešće korišćeni alkilirajući agens. Neaktivan je dok se ne metaboliše u jetri delovanjem P450 oksidaza. Deluje snažno na limfocite i može se koristiti kao imunosupresiv. Obično se primenjuje oralno ili intravenski, ali se može dati i intramuskularno. Važnija neželjena dejstva su mučnina i povraćanje, mijelosupresija i hemoragični cistitis. Estramustin je kombinacija mustina sa estrogenom. Deluje i citotksično i kao hormon. Od ostalih azotnih plikavaca u upotrebi su melfalan i hlorambucil. Derivati nitrozureje Predstavnici ove grupe su hloroetil derivati nitrozureje lomustin i karmustin, koji, zbog svoje liposolubilnosti, mogu prolaziti krvno-moždanu barijeru i koriste se u terapiji tumora mozga i moždanih ovojnica. Međutim, većina derivata nitrozureje ima izrazito kumulativno mijelosupresivno delovanje koje nastaje 3-6 nedelja posle početka lečenja. Busulfan Busulfan pokazuje selektivno dejstvo na kostnu srž, smanjuje stvaranje granulocita i trombocita u manjim dozama, a eritrocita u većim dozama. Slabo deluje na limfoidna tkiva i gastrointestinalni trakt. Upotrebljava se u lečenju hronične granulocitne leukemije. Cisplatin Cisplatin je hidrosolubilni kompleks koji sadrži u centru atom platine okružen sa dva atoma hlora i dve amonijum grupe. Dejstvo mu je slično delovanju alkilirajućih agenasa. Primenjuje se sporom intravenskom injekcijom ili infuzijom. Može ozbiljno da ošteti funkciju bubrega ako se ne obezbedi odgovarajuća hidratacija i diureza. Malo je mijelotoksičan, ali uzrokuje tešku mučninu i povraćanje. Zujanje u ušima i gubitak sluha često se uočavaju, kao i periferna neuropatija, hiperurikemija i anafilaktičke reakcije. Karboplatin je derivat cisplatina, manje je nefrotoksičan, neurotoksičan i ototoksičan i prate ga manja učestalost mučnine i povraćanja, ali je više mijelotoksičan. Dakarbazin Dakarbazin, lek prekursor, aktivira se u jetri, pri čemu nastaje jedinjenje sa alkilirajućim svojstvima. Neželjena dejstva uključuju mijelotoksičnost i izrazitu mučninu i povraćanje. Registrovani lekovi ciklofosfamid – CYTOXAN (Baxter ZA Bristol Myers Squibb USA), ENDOXAN (Baxter Oncology Nemačka), ifosfamid – HOLOXAN (Baxter Oncology Nemačka), temozolomid – TEMODAL (Schering Plough Labo Belgija), dakarbazin – DACARBAZIN PLIVA-LACHEMA (Pliva-Lachema Češka).