目前认为肿瘤的发生是多步骤、多基因的累积事件。这些基因的改变在肿瘤的发生发展过程中可能扮演不同的角色，大致可分为触发细胞癌变的扳机基因突变，促进肿瘤进展和转移的一些基因突变。基因测序显示大多数实体瘤患者外周血或肿瘤组织中存在平均大约十余种基因的改变，包括突变、扩增、以及基因融合等改变。理论上这些突变的基因都是肿瘤基因治疗的潜在靶点，但事实上，到目前为止，在某种肿瘤相关的一系列基因突变中，仅一个或几个可以作为治疗靶点。

但有趣的是，在一些肿瘤的治疗中，仅针对一个突变基因的治疗往往就能引起肿瘤的退缩甚至消失，比如吉非替尼针对携带EGFR突变的肺癌的治疗；克唑替尼针对携带ALK或ROS1突变的肺癌；奥西替尼治疗携带T790M突变肺癌的治疗；格列卫针对c-KIT或PDGFR基因突变间质肉瘤的治疗（这有点类似于定向爆破，只需要在关键承重部位安置炸药就可以摧毁一个建筑物）。但令人费解的是这种肿瘤的退缩或消失仅能维持一定的时间段，肿瘤在缓解一定时间后会出现重新增大，或出现新的病灶。对于这种现象通常的解释包括：1肿瘤组织的异质性，即肿瘤组织中细胞的多克隆性。表达突变基因的肿瘤细胞在针对该突变基因的靶向药物作用下被清除了，而不表达该突变基因的细胞则得以继续存在并且形成优势克隆。这种解释的证据来源于在靶向药物治疗后再次活检进展的肿瘤组织，可以发现肿瘤组织中原来突变基因表达的缺失。2 出现其他致病性基因突变。肿瘤患者在靶向药物治疗进展后再次活检，基因组测序可以发现许多其他的基因突变发生，这种基因突变可能是继发性的，即是前期靶向药物作用的结果。也可能原发性的，是疾病自然病程的一部分。

       还有一个值得注意的现象是，在服用靶向药物出现肿瘤进展但尚没有后续有效治疗的的情况下，不能贸然将原治疗药物停止，如果停止可能会出现肿瘤快速进展，这种现象作用机制目前尚不明。