5-氟尿嘧啶属于抗代谢类周期特异性抗肿瘤药，主要作用于S期细胞。本药在体内先转变为5-氟2-脱氧尿嘧啶核苷酸，后者抑制胸腺嘧啶核苷酸合成酶，阻断脱氧尿嘧啶核苷酸转变为脱氧胸腺嘧啶核苷酸，从而抑制DNA的生物合成。此外，本药还可以三磷酸氟尿嘧啶核苷(伪代谢物)的形式渗入RNA中，通过阻止尿嘧啶和乳清酸掺入RNA而抑制RNA合成，影响蛋白质的生物合成，从而抑制肉芽组织增殖，防止瘢痕形成。其增效剂为亚叶酸钙。
5-氟尿嘧啶的生物化学特性分析：
5-氟尿嘧啶化学结构
早期的研究表明，通过用氟代替氢，相对无毒的分子(如醋酸盐)可转化为毒性更强的分子(如F乙酸盐)[Liebecq&Peters 1949]。此外，氟原子的范德华半径(1.35A)与氢原子(1.2A)的半径相似，从而使分子构象的变化最小化，并增加了此类分子被代谢尿嘧啶的相同酶代谢的可能性。由于大多数哺乳动物细胞从2'-脱氧尿苷5'-一磷酸(dUMP)获得DNA合成所需的胸苷-5'-三磷酸(dTTP)，“5”位的氢似乎特别适合替代，因为大多数哺乳动物细胞通过将氢重新放置在带有甲基的“5”碳上形成胸苷-5'-单磷酸(dTMP)。
最后,假设碳-氟键将更稳定,化学反应性更小，从而防止尿嘧啶类似物[即5-氟-2'-脱氧尿嘧啶-5'-单磷酸(FdUMP)的“5”位甲基取代。
