在以前，许多化疗药物并没有特异性的神经系统毒性，这主要是由于这些药物在设计上是用来杀灭散布在相对休眠的神经组织中的活跃的生长细胞；更重要的是由于许多药物不能透过完整的血-脑屏障，从而保护大脑免受药物的毒性作用。近年来，由于化学药物的新进展以及新的给药途径，使得神经毒性增加，并且的确可导致大脑损伤，甚至死亡。化疗方法有时不仅不能帮助患者延长生命，反而发生更多的大脑损伤，因此化疗药物的神经毒性越发引起临床医师的关注。

烷化剂

经典的烷化剂与DNA链中的嘧啶和嘌呤结合，阻止DNA链的复制和/或精确转录，从而杀灭细胞。氮芥(NH2)是首个烷化剂类药物，后逐渐被其他药物代替，如环磷酰胺。通常情况下，烷化剂类抗肿瘤无神经毒性作用，个别神经毒性病例可能与非常规的剂量或给药途径有关。氮芥严重的神经毒性表现为意识混乱、定向障碍、头痛、幻听、幻视、嗜睡、震颤、截瘫、癫痫、眩晕等，可发生于静脉给药后0至34天(平均4天)，剂量在0.3~2mg/kg之间，病程持续1~76天(平均14天)。剂量增加可导致神经系统损伤程度增加。尸检未发现有神经元变性和白质、灰质神经胶质病变。

另外一组作用机理与烷化剂相似的药品是亚硝(基)脲，是治疗恶性神经胶质瘤的主要化疗药物。亚硝(基)脲的主要毒性作用是骨髓抑制和肺、肝、肾功能障碍。常规剂量下一般不发生中枢神经系统毒性作用，但有研究报告高剂量或/和联合放疗，可能会发生严重的脑损伤，如神经元缺失、神经胶质增生、肿瘤远处组织坏死等。高剂量卡莫司汀与顺铂联合化疗，甚至可发生双侧视网膜动脉分支闭塞、双眼失明以及累及下肢的腰骶部脊髓病变等。