무절제하게 자라는 암세포는 악성종양을 유발한다.

암(cancer)은 세포주기에 이상이 생긴 병으로 현재 미국을 비롯한 선진국에서는 다섯 명 중 한 명이 암으로 생명을 잃고 있다. 암세포는 세포주기를 조절하는 정상적인 신호를 따르지 않아 지나치게 분열을 하며 체내의 다른 조직을 침투하기도 한다. 암세포는 저지를 받지 않을 경우 개체가 죽을 때까지 계속 분열한다. 암세포의 비정상적인 행동은 하나의 세포가 형질전환될 때, 즉 정상세포가 암세포로 바뀔 때 시작된다. 형질전환은 세포주기조절계에 있는 단백질을 암호화하는 하나 혹은 그 이상의 유전자에 돌연변이가 생긴 뒤 일어나게 된다. 형질전환된 세포는 비정상적으로 자라기 때문에 대개의 경우 면역체계가 이러한 세포를 인식하고 파괴한다. 그러나 만약 이들 세포가 파괴되지 않으면 증식하여 비정상적으로 자라는 체세포 덩어리인 종양(tumor)이 된다. 만약 비정상적인 세포들이 처음 발생했던 부위에만 남아 있으면 이러한 체세포 덩어리를 양성종양(benign tumor)이라고 한다. 양성종양이라도 만약 뇌와 같은 특정 기관들에 생겨 계속 자라 기관을 파괴하면 문제가 될 수 있다. 그러나 양성종양은 대게 수술에 의해 완전히 제거될 수 있다. 

이와는 대조적으로, 악성종양(malignant tumor)은 주변조직과 신체의 다른 부위로 퍼져 정상적인 조직을 암세포로 바꿔버리고 그 기관의 기능을 저해한다. 악성종양을 가진 사람을 암에 걸렸다고 한다. 암세포는 원래의 종양에서 떨어져 나오기도 하고 신호물질을 분비해 혈관이 종양 쪽으로 자라게 하기도 한다. 몇몇 암세포는 혈관이나 림프관과 같은 순환계를 타고 신체의 다른 부위로 이동하여 그곳에서 증식하여 새로운 종양을 만들기도 한다. 이처럼 암세포가 원래 발생한 부위에서 다른 부위로 퍼지는 것을 전이(metastasis)라고 한다. 

암을 발생하기 시작한 기관이나 조직에 따라 이름이 붙여진다. 예를 들어, 간암은 간조직에서 시작하며 그곳으로부터 퍼져나가기도 하고 퍼져나가지 않기도 한다. 따라서 암은 발생 시작부위에 따라 네개 영역으로 분류된다. 암종(carcinoma)은 피부와 창자의 내벽처럼 몸의 바깥쪽이나 안쪽을 덮고 있는 조직에서 시작된 것이고, 육종(sarcoma)은 뼈나 근육 같이 몸을 지지하는 조직에서 발생한 암을 말한다. 뼈속질(골수), 지라(비장), 림프절처럼 혈액을 형성하는 조직에 발생한 암은 백혈병(leukemia)과 림프종(lymphoma)이라고 한다. 

암세포를 배양하여 얻은 연구 결과에 의하면 암세포는 세포주기를 조절하는 정상적인 신호를 따르지 않는다. 예를 들어, 대부분 암세포들의 경우 세포주기조절계가 망가져 성인인자가 없어도 검문지점을 지나 진행된다. 어떤 암세포는 스스로 성장인자를 만들어 계속 분열하기도 한다. 간혹 암세포가 세포분열을 멈춘다 하더라도 정상적인 세포주기 검문지점에서 멈추는 것이 아니라 세포주기 아무 곳에서나 멈추는 것으로 보인다. 그뿐 아니라 배양 시 암세포는 "영원히 죽지 않아" 필요한 영양분만 공급되면 끝없이 분열한다 (반면, 정상적인 포유동물 세포는 약 20~50세대 정도만 분열한 후 분열이 멈춘다.) 다행히 많은 종양들의 경우 성공적으로 치료될 수 있다. 국소적으로 나타나는 종양은 수술로 제거될 수 있다. 또는 고에너지 방사선을 집중적으로 쬐어 치료하기도 하는데, 이는 암세포들의 경우 손상된 DNA를 교정하는 능력이 상실되어서 방사선을 쬐면 정상 세포의 DNA보다 암세포의 DNA를 더 많이 손상시킬 수 있기 때문이다. 그러나 때로는 정상 체세포까지 손상되어 부작용이 나타나기도 한다. 예를 들면, 방사선으로 인해 난소나 정소의 세포들이 손상되면 불임이 될 수 있따. 

광범위하거나 전이성이 있는 종양의 치료에는 화학요법(chemo-therapy)이 사용된다. 주기적인 화학요법 치료과정 중에 세포주기의 특정 단계를 파괴하는 약을 투여한다. 예를 들어, 항암제 파클리탁셀(paclitaxel: 택솔의 상품명)은 방추사가 형성된 후 이를 "움직이지 못하게 하여" 활발히 분열 중인 세포가 중기를 지나 계속 분열하는 것을 막는다. (흥미롭게도 택솔은 미국 북서부 지역에서 주로 발견되는 태평양 연안의 주목나무 껍질에서 발견되었다.) 협죽도과 식물인 빙카(periwinkle, 마다가스카르 열대우림 지역에서 발견)에서 추출한 화학요법제 빈블라스틴(vinblastin)은 방추사 형성을 억제한다. 화학요법의 부작용은 약이 빠르게 분열하는 정상세포에 영향을 주기 때문에 생긴다. 예를 들어, 구역질은 약이 창자세포에 작용하기 때문이며, 머리카락이 빠지는 것은 머리카락 모낭세포 그리고 감염이 쉽게 되는 것은 면역세포 생성에 영향을 주기 때문이다. 암은 세포분열 조절 단백질을 암호화하는 유전자에 변이가 생겨 발생되는 것임을 알 수 있게 될 것이다.