Los mutágenos químicos se clasifican en agentes alquilantes, agentes reticulantes e hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). Los agentes alquilantes actúan añadiendo componentes moleculares a las bases del ADN, lo que altera el producto proteico. Los agentes reticulantes crean enlaces covalentes con las bases del ADN, mientras que los HAP son metabolizados por el cuerpo humano en otras moléculas potencialmente mutagénicas.
La radiación es otro potente mutágeno. Para los biólogos, las formas más significativas de radiación son la luz, el calor y la radiación ionizante. La radiación ionizante puede penetrar en las células y crear iones en su contenido. Estos, a su vez, pueden causar alteraciones permanentes en el ADN; es decir, mutaciones. Las radiaciones ionizantes incluyen: los rayos X, los rayos gamma y las partículas subatómicas: neutrones, electrones (partículas «beta») y partículas alfa (núcleos de helio). La radiación ionizante altera la forma en que interactúan dos cadenas de ADN. Esta radiación de alta energía atraviesa las células y los tejidos, cortando el ADN a su paso. Puede reorganizar secciones enteras de los cromosomas, alterando tramos relativamente largos de ADN. La radiación UV hace que se formen enlaces covalentes entre bases de timina vecinas en el ADN, alterando así el producto del ADN en ese lugar.
Los mutágenos se asocian a menudo con cánceres específicos en humanos. Las aminas aromáticas son mutágenos que pueden causar cáncer de vejiga. El tabaco tomado en forma de rapé contiene mutágenos que pueden causar tumores en la nariz. El humo del tabaco contiene mutágenos como los HAP y la nitrosamina (un tipo de agente alquilante), así como toxinas como el monóxido de carbono, el cianuro, el amoníaco, el arsénico y el polonio radiactivo. Aunque los productos del tabaco son legales y están ampliamente disponibles, muchos médicos y organismos gubernamentales advierten de los riesgos para la salud que relacionan el tabaquismo con varios tipos de cáncer y enfermedades cardíacas.
En 1973, Bruce Ames introdujo la prueba más utilizada para identificar posibles mutágenos. Los mutágenos sospechosos se mezclan con una cepa defectuosa de la bacteria Salmonella, que sólo crece si está mutada. Las sustancias que permiten el crecimiento de la Salmonella se consideran mutagénicas.