大腸直腸癌在很多工業化的國家是第二高死亡率的癌症。大腸直腸癌固然仍以手術為主要治癒的手段，但化學治療對穿透腸壁、有淋巴腺轉移的大腸直腸癌病人,仍然有延長生命和改善生活品質的功能。

化學治療在大腸直腸癌的應用可分為輔助性和紓解性兩種。

輔助性的化學治療通常應用於大腸直腸癌手術後，表面上已沒有可看見的腫瘤，但實際上極有可能已有微視轉移的情形下。在大腸癌方面，有淋巴腺轉移的情形下，可使五年的疾病不復發比例由44%提高到61%。美國NCI 1990年的大腸直腸癌輔助性的化學治療共識會議就把 5-FU+ Levamisole 的化學治療當作是有淋巴腺轉移的大腸癌的標準輔助性治療。另一方面，穿透腸壁但沒有淋巴腺轉移的大腸癌，化學治療可以使七年的疾病不復發比例由71%提高到79%，但是沒有統計上的意義。在這種情形，有沒有不利的預後因子，如：血管侵犯，開刀前 CEA腫瘤標記的增加，組織學上的不分化，細胞週期的高合成相，將成為要不要做輔助性化學治療重要的考慮因素。在直腸癌方面，穿透腸壁但沒有淋巴腺轉移和有淋巴腺轉移的直腸癌，化學治療加上骨盆腔放射線治療可使五年的疾病不復發比例由37%提高到59%。

至於紓解性的化學治療，通常應用於有淋巴腺以外的轉移。整體來說對生命的延長和生活品質的改善是有幫助的。至於紓解性的化學治療的效用常決定於病人的生活能力和所用的化學治療組合。病人在還沒有症狀之前就接受化學治療要比有症狀之後再接受化學治療會較長的症狀存活時間。有好幾個研究報告都表示以5-FU為骨幹的化學治療能改善病人的生活品質，其中包括整體情況的改善，體重的增加和症狀的減輕和痛得舒緩。　

化學治療組合的選擇：雖然5-FU在過去35年仍然是大腸直腸癌化學治療的主幹，但傳統的單獨5-FU短時間注射反應率非常低，因此許多臨床試驗努力尋找最有效的處方組合。

5-FU的調節：好幾個臨床試驗都顯示，比起5-FU的單獨使用，不管是每週或是每月的投與，5-FU加以調解的治療都比5-FU單獨使用，反應率能有效的提高。此外，發現每月5-FU加上Folinic acid 的調節劑的治療，能有效的增加存活時間，並減輕症狀。至於Folinic acid 作為5-FU的調節劑時，低劑量（20mg/m2）與高劑量(200-500mg/m2/day)是一樣有效的。Interferon也被作為5-FU的調節劑，但效果並不比Folinic acid好。

5-FU的連續輸注：5-FU的連續輸注能增強劑量的強度，減少血球毒性，並加倍反應率，但整體而言，對存活時間並無顯著地的增加。一項隨機的臨床試驗顯示，5-FU±Folinic acid 的連續輸注比起短時間注射並不能有意義的增加存活時間。但每兩個禮拜高劑量5-FU的48小時連續輸注，比起每月短時間的5-FU+Folinic acid 能增長無疾病惡化的存活時間並減少化學治療的毒性，但對整體的存活時間並無顯著遞增加。

化學治療的用藥組合，目前仍以 5-FU為骨幹加上如Folinic acid的調節劑為主，除此之外，還有其他的組合。如5-FU加上methyCCNU或Cisplatin，但並沒有顯著的好處。Oxaliplatin是platinum的同類物，最近報告5-FU+Folinic acid+Oxaliplatin的48hrs輸注，對之前5-FU+Folinic acid 治療失敗的病人，尚有50%的反應率。其隨機臨床試驗現正進行中。　

近年來治療大腸直腸癌的藥物也有許多新的發展，其中如 Raltitrexed, (Tomudex) 一種胸腺核甘酸合成酵素的阻斷劑，和Irinotecan，一種Topoisomerase I 的阻斷劑都可能在未來的化學治療的用藥的組合佔有重要的地位。Raltitrexed 在轉移的大腸直腸癌隅每月投與的5-FU+Folinic acid 有同樣的效能，且有較低的黏膜發炎和血球毒性。現有臨床試驗正在比較Raltitrexed 與5-FU+Folinic acid+Oxaliplatin的效果。Irinotecan 的好處在於與5-Fu無交叉抵抗性，可用於5-FU治療失敗的病人。

以上所說的化學治療，是某些臨床試驗的結果，將會隨著更多的臨床經驗和試驗來修正或而更可信。化學治療的施予，是需要請教專業醫師依病人現況去判斷的。