Laction cytotoxique du cyclophosphamide est démontrée dans un grand nombre de tumeurs différentes.
Il est supposé que le cyclophosphamide influence la phase G2 ou S du cycle cellulaire.
Il reste à démontrer si l'effet cytostatique est entièrement dépendant de l'alkylation de l'ADN ou d'autres mécanismes comme une inhibition des processus de transformation de la chromatine ou une inhibition de l'ADN polymérases jouent un rôle.
Le métabolite acroléine n'a aucune activité antinéoplasique, mais il est responsable de l'effet indésirable urotoxique.