Fluorouracilul este un analog al uracilului, o componentă a acidului ribonucleic. Se consideră că fluorouracilul funcționează ca un antimetabolit. După conversia intracelulară în deoxinucleotidă activă, acesta interferează cu sinteza ADN-ului prin blocarea conversiei acidului deoxiuridilic în acid timidilic de către enzima celulară timidilat sintetază. De asemenea, fluorouracilul poate interfera cu sinteza ARN-ului.