在体内转化成氟尿嘧啶脱氧核苷二磷酸（FdUMP）抑制胸苷酸合成酶（）。

某些嘌呤碱的类似物可以竞争性抑制嘌呤核苷酸合成的某些步骤，进而阻止核酸与蛋白质的合成，达到抗肿瘤的目的。6-巯基嘌呤的结构与次黄嘌呤结构相似，与PRPP结合成6-巯基嘌呤核苷酸抑制IMP向AMP和GMP的转化；6-巯基嘌呤还直接抑制次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶活性，进而抑制AMP与GMP的补救合成。叶酸类似物甲氨蝶呤（MTX）可竞争性抑制二氢叶酸还原酶，阻碍四氢叶酸的合成，进而影响嘌呤与嘧啶核苷酸的合成。谷氨酰胺的类似物如氮杂丝氨酸，可以抑制谷氨酰胺参与嘌呤与嘧啶核苷酸的合成。嘧啶的结构类似物如5-FU，在体内转化成FUTP，FUTP以FUMP形式掺入RNA分子，破坏RNA结构与功能；5-FU还可以转变成FdUMP抑制胸苷酸合成酶，使TMP合成受阻。改变戊糖结构的核苷类似物如阿糖胞苷，可以抑制CDP还原成dCDP，直接抑制DNA的合成。