Metotrexatul este un antagonist al acidului folic și aparține clasei de agenți citotoxici din clasa antimetaboliților. Acționează în timpul fazei S a ciclului celular și inhibă competitiv enzima dihidrofolat reductază, prevenind astfel reducerea dihidrofolatului la tetrahidrofolat, care este necesar pentru sinteza ADN-ului și replicarea celulară. Țesuturile cu proliferare activă, cum ar fi tumorile maligne, măduva osoasă, celulele fetale, mucoasa orală și intestinală și celulele vezicii urinare, sunt de obicei mai sensibile la metotrexat. Deoarece rata de proliferare a țesuturilor maligne este mai rapidă decât în mod normal, metotrexatul poate perturba dezvoltarea acestora fără a provoca leziuni ireversibile țesuturilor sănătoase.