از آنجا که عوامل جهش‌زای شیمیایی احتمال بروز جهش‌ را افزایش می‌دهند باید به نحوی در همانندسازی دقیق DNA مداخله نمایند. این مواد نه تنها جهت اصلاح ژنی و درک نحوه همانندسازی به کار می‌روند بلکه به دلیل آنکه روی کلیه جانداران منجمله انسان می‌توانند تاثیر سوء‌ داشته باشند مورد مطالعه قرار می‌گیرند. بررسی مکانیسم عمل مواد جهش‌زا یا استفاده از باکتری‌ها و فاژها صورت می‌گیرد. از این طریق می‌توان موادشیمیایی جدید جهش‌زا و خطرناک را معرفی کرد.

مواد جهش‌زا یا مستقیماً بر روی الگوی DNA اثر می‌گذارند و یا با قرار دادن یک باز غلط در هنگام همانندسازی سبب بروز جهش‌ می‌شوند. امروزه می‌توان مکانیسم عمل بعضی از این مواد را نشان داد. موادی چون اسید نیترو و عوامل آلکیله کننده مانند متیل نیتروزوگوانیدین مستقیماً باعث تغییر بازهای DNA می‌گردند. بازهای حاصل به صورت متفاوتی نسبت به بازهای اولیه جفت بازی تشکیل می‌دهند. در این حالت ملاحظه می‌شود که عوامل جهش‌زا سبب تغییر مستقیم اطلاعات ژنتیکی می‌گردند(شکل).

گاه در اثر تغییر شیمیایی بازها ممکن است بازهایی بوجود آیند که قادر به جفت شدن نباشند، همچنین‌گاه تغییر حاصل سبب حذف باز از اسکلت DNA می‌شود، در چنین مواردی تنها جهش در اثر فرآیند ترمیم بخصوصی صورت می‌گیرد که بروز خطا در واقع قسمتی از مکانیسم تصحیح آن است. این فرایند «ترمیم مستعد به خطا» موسوم می‌باشد.

دسته دوم عوامل جهش‌زای شیمیایی آنالوگ‌های بازی هستند که به دلیل تشابه ساختمانی با یکی از بازهای طبیعی در هنگام همانندسازی بجای آنها در DNA قرار می‌گیرند. به هر حال ساختمان متفاوت آنها باعث کاهش دقت جفت شدن بازها می‌شود و این امر سبب بروز خطاهایی در هنگام همانندسازی می‌شود. یکی از مهمترین آنالوگ‌های جهش‌زا، 5- برومویوراسیل است که مشابه تیمین می‌باشد، علت جهش‌زایی آن احتمالاً اتصال ضعیف‌تر هیدروژن متصل به اتم شماره یک آن است. به طوری که گاه هیدروژن فوق می‌تواند به اکسیژن متصل به کربن شماره 6 منتقل شود (شکل ). در چنین حالتی 5 - برومویوراسیل می‌تواند با گوانین پیوند برقرار نماید.

دسته سوم گروهی از ترکیبات شیمیایی هستند که باعث تغییر قاب خواندن می‌شوند. پروفلاوین‌ها سبب حذف یا اضافه یک یا چند باز می‌گردند، این ترکیبات که مولکول‌های مسطح و چندحلقه‌ای (پلی‌سیکلیک) هستند با بازهای پورین و پیریمیدین که آنها نیز مسطح می‌باشند پیوند می‌یابند (مانند ساندویچ بین بازها قرار می‌گیرند) به این ترکیبات مواد انترکاله شونده گفته می‌شود. مواد فوق ممکن است عمل خود را از طریق اتصال به بازهای الگو یا رشته در حال رشد انجام دهند (شکل).

همان‌گونه که گفته شد در رشته‌های فوق ممکن است به طور طبیعی حلقه‌ای بوجود آید که بالقوه می‌تواند باعث حذف و اضافه بازها شود. مواد انترکاله شونده با پایداری حلقه‌های فوق احتمال بروز جهش از نوع حذف و اضافه را افزایش می‌دهند.