Raku programmeeritud surma nimetatakse apoptoosiks, mis on tavaliselt põhjustatud sisemisest kahjustusest või ümbritsevate kudede signaalidest. Apoptoos ja vähk on omavahel seotud kahel olulisel viisil. Esiteks ei saa kasvajad kasvada, kui keha normaalne turvasüsteem need tuvastab ja nende enesehävitamise käivitab, mistõttu vähkkasvajad blokeerivad sageli mehhanismid, mille abil keha märgib apoptoosi kontrollimatut kudede kasvu. Teiseks inaktiveerivad vähirakud geene, mis kodeerivad pahaloomuliste rakkude hävitamiseks vajalikke valke. Kemoteraapiad kasutavad ära apoptoosi ja vähi vahelist seost, kahjustades kasvajaid ja määrates neile surma.
Apoptoos tekib siis, kui keemilised signaalid käivitavad rakus enesehävitusprotsessi membraani muutuste, tuuma DNA lagunemise ja raku valkude seedimise kaudu spetsiaalsete ensüümide poolt. On kahte tüüpi rada, mis panevad raku läbima apoptoosi: sisemine, mille käivitavad DNA mutatsioonid, ja väline, mis võtab oma märguandeid väljastpoolt rakku. Välise raja võivad käivitada hormoonid, toksiinid ja muud molekulid, mis on võimelised aktiveerima raku erilisi asukohti, mida nimetatakse surmaretseptoriteks.
Kasvaja moodustumise varases staadiumis tekivad DNA-s mutatsioonid, mis muudavad apoptoosi ja vähi vahelist suhet, mis võimaldavad kontrollimatut rakkude kasvu. Vähk hõlmab patoloogilisi muutusi tsüklis, mille käigus rakud paljunevad ja prolifereeruvad, sündmused, mis tavaliselt käivitavad apoptoosi, kui need avastatakse tervetes rakkudes. Mõnikord tehakse seda geenide allasurumisega, mis kodeerivad olulisi valke, mida organism kasutab vähikudede signaalimiseks apoptoosi teel elimineerimiseks. Kasvajad võivad eritada ka keemilisi sõnumitoojaid, mis ajavad segadusse või blokeerivad protsessi, mis tavaliselt sunnib vähirakke ise hävitama.
Oluline geen, p53, kodeerib apoptoosi põhjustavaid messengervalke. Mõned viiruste põhjustatud vähivormid pärsivad selle geeni aktivatsiooni ja muudavad kasvajarakud surmaretseptorite aktiveerimise suhtes vähem vastuvõtlikuks. Olenemata sellest, kas need on põhjustatud viirustest või mitte, suureneb kasvajate korral raku kasvu soodustavate ainete tootmine. Tavaliselt reageerib keha teatud rakutüübi kontrollimatule vohamisele, põhjustades massilist apoptoosi, kuid onkogeneesi – vähi moodustumise – ajal kaldub tasakaal apoptoosi ja vähi vahel rakkude kasvu, mitte surma suunas.
Kemoterapeutiline ravi sõltub sageli apoptoosi ja vähi vahelisest seosest. Enamik neist ravimitest häirib ka DNA sünteesi ja rakkude jagunemist või kasvu, kuid need mehhanismid hävitavad lõpuks kasvajarakud enne nende jagunemist ja teevad endast rohkem koopiaid. Erinevad ravimid aktiveerivad rajal erinevaid punkte, mis viib ka programmeeritud rakusurma, mõnikord suurendades kasvajarakkude surmaretseptorite tundlikkust. Kuna mõned pahaloomulised kasvajad ei reageeri enam enesehävitussignaalidele, on teadlased huvitatud kemoteraapiate väljatöötamisest, mis võivad otseselt esile kutsuda looduslikke apoptoosi.