Kemoterapi (Ing. chemotherapy) adalah penggunaan zat kimia untuk perawatan penyakit. Dalam penggunaan modernnya, istilah ini hampir merujuk secara eksklusif kepada obat sitostatik yang digunakan untuk merawat kanker.

Dalam penggunaaan non-onkologisnya, istilah ini dapat juga menunjuk ke antibiotik (kemoterapi antibakteri). Dalam artian tersebut, agen kemoterapi modern pertama adalah arsfenamin Paul Ehrlich, sebuah senyawa arsenik yang ditemukan pada 1909 dan digunakan untuk merawat sifilis. Ini kemudian diikuti oleh sulfonamida ditemukan oleh Gerhard Domagk dan penisilin G ditemukan oleh Alexander Fleming.

Hal ini menyebabkan efek samping yang paling umum dari kemoterapi: myelosupresi (penurunan produksi sel darah, karenanya juga imunosupresi), mucositis (radang pada lapisan saluran pencernaan), dan alopecia (kerontokan rambut).