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人体细胞的基因包含有原癌基因和抑癌基因。原癌基因是细胞内与细胞增殖有关的基因，在进化中高度保守，当该类型的基因发生突变，则会使得该基因发挥的功能增强，产物增多，使得细胞过度增殖，从而形成肿瘤。

抑癌基因也称为抗癌基因，在正常细胞中他们具有抑制细胞增殖的作用，当该类型的基因发生突变或者结构上的变异时，其功能则会减少或者缺失，从而无法对细胞发育、生长和分化调节产生控制，细胞则会过度增殖，从而也形成肿瘤。图表1展示的是直肠癌产生过程相关基因突变累及的过程，直肠癌的产生是不同的抑癌基因和原癌基因突变累积的结果。

肿瘤存在着很大的异质性，不同患者即使拥有同一类型的肿瘤，但是导致其发病的肿瘤细胞内基因突变可能相差甚远，因此肿瘤内的癌细胞也很大可能会有功能的异质性（图表2）。仅以非小细胞肺癌为例，目前发现约25%的患者含有基因KRAS的突变，而其它患者还有不同的导致该疾病的常见驱动基因突变，包括编码表皮生长因子受体（EGFR）、间变性淋巴瘤激酶（ALK）和V-RAF鼠肉瘤病毒原癌基因同源体B1（BRAF）的基因，表皮生长因子受体2（HER2）等。

基因组上变异的复杂性导致了肿瘤的异质性，肿瘤基因组上的变异有多种形式。基因组上的变异来源分为遗传性的突变以及由于环境因素导致的体细胞突变，主要有四种类型（图表3）。基因点突变包括了基因组上单个碱基的突变和基因组上小片段的插入缺失，是最常见的基因变异类型；结构变异则主要包含了染色体缺失、重复、倒位、易位等，一般都会造成比较严重的后果；拷贝数变异指的是基因组上大片段（1kb以上）拷贝数的增加或减少，是人类疾病的重要致病因素之一；融合基因则是指将两个或多个基因编码区首尾相连，置于同一套调控序列控制之下构成的嵌合基因。

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