Công bố của hai tác giả Rapopor và Gustafson năm 1948 chỉ ra một số chất hoá học như: Ethyleimine (EI); Diethylsunfate (DES); Nitrozoethylurea (NEU); consixin; 2,4D… có thể thấm vào tế bào tác động lên nhiễm sắc thể gây nên các đột biến về số lượng, cấu trúc nhiễm sắc thể và các đột biến gen. Các hóa chất gây đột biến có đặc điểm là có thể chỉ gây hiệu quả đột biến đối với một số lượng ít đối tượng.
Ví dụ kháng sinh Streptomycine chỉ gây đột biến ở tảo đơn bào và một số vi sinh vật, không gây đột biến trên nhiều đối tượng khác. Các tác nhân gây đột biến hóa học có thể chia thành các nhóm sau:
- Nhóm 1: Các chất ức chế tổng hợp bazơ nitơ trong cấu trúc ADN như coffein, ethyluretan...
- Nhóm 2: Các chất đồng đẳng với bazơ chứa nitơ như coffein, 5 bromuracil, các chất gần giống với bazơ chứa nitơ, nên nó làm ADN gắn nhằm khi tổng hợp.
Ví dụ: Bromodeoxiuridine (BUdR) và 5 - bromouracil (BU) là các bazơ đồng đẳng của thymine. Chúng thường ở dạng keo, nhưng ngẫu nhiên
đôi khi chuyển sang dạng enol và có khả năng bắt cặp với guanine. Như vậy, BU có thể xâm nhập vào bắt cặp bổ sung với A (A - BU) và ở vùng sao chép tiếp theo gắn bắt cặp với G và (BU - G), A - Tđược thay thành G - C. BU như vậy có thể xâm nhập sai, khi gắn thay chỗ cho cytosine tạo G - BU, tiếp theo A bắt cắp với BU tạo A - BU và vùng sao chép tiếp A bắt cặp với T thành A - T. Trong cả hai trường hợp, chất đồng đẳng Brom - uracil (BU) đều có khả năng tạo thay đổi trên ADN, cặp A - T, G - C và ngược lại G - C, A - T.
- Nhóm 3: Các chất alkyl hóa làm đứt mạch ADN như ethyl methanesulfonate (EMS), methyl methanesulfonate (MMS), ethylene imine (EI), nitrosoguanidine (NG)…Ngược với sai hỏng sao chép, các tác nhân gây đột biến như axit nitric và khí ngạt nitrogen (nitrogen mustard) có thể gây biến đổi trực tiếp trên ADN. Theo Schuster và một số khác, axit nitric tác động trước hết tách nhóm amino khỏi adenine và cytosine và tương ứng biến các base này thành hypoxanthine (H) và uracil (U). Sau biến đổi, H có thể bắt cặp với C và U với A, các vùng sao chép tiếp theo làm G thay chỗ A và T thay C. Các chất khác như hydroxylamine (H2NOH) và các chất cho nhóm OH có thể gây nên đồng chuyển. Theo Freese và các cộng sự, hydroxylamine có lẽ là chất có tính đặc hiệu cao nhất trong các tác nhân gây đột biến, nhờ đó có thể chuyển cytosine sang dạng bắt cặp được với adenine. - Nhóm 4: Các chất chêm vào ADN. Nhóm các chất gồm proflavin, màu acridine và nhóm được gọi là ICR (ICR compound) là những chất có phân tử mặt phẳng tương tự cặp base. Chúng có thể chèn vào phân tử ADN làm thêm hoặc mất base. Chúng thường gây đột biến lệch khung do thêm hay mất cặp bazơ nitơ.
Tất cả các tác nhân gây đột biến đều là tác nhân gây ung thư (Cancinogen) nhưng các tác nhân gây ung thư không phải đều gây đột biến.
Hiện nay nhiều tác nhân gây đột biến được sử dụng trong chọn giống nhằm tăng nguồn biến dị. Bên cạnh đó với nạn ô nhiễm trên thế giới người ta phát hiện nhiều tác nhân đột biến hóa học mới xuất hiện trong môi trường.