遗传毒性致癌物发生致癌和致突变的作用，第一步一般认为都是和DNA发生反应。从机理上理解基因毒性杂质的作用原理，不用死记硬背，就能轻松记住所有的基因毒性杂质。 根据Miller的理论：
致癌物要么是亲电试剂，要么可以代谢成亲电试剂。然后和DNA的亲核基团发生反应。 DNA的亲核活性基团主要有：
∙碱基上的氮
鸟笼的制作
∙碱基上的氧
∙一次性台布磷酸酯骨架
先来看一下DNA的结构
双螺旋的DNA主要含有四个碱基，分别是腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶以及磷酸酯的串联骨架。 这些嘧啶和嘌呤上面的氮氧都富有电子，如果遇见一些缺电子的试剂，很容易发生取代等反应。
事实上，DNA的反应种类除了只反应某一处位点外，还会有一些比较复杂的反应类型：
∙可以看到有的碱基上不仅含有一个亲核位点，如果一个致癌物有两处亲电位点，反应一处后，还会和碱基的另外一个位点反应，生成一些小环。
∙双亲电基团的另外一个基团也有可能和两个不同的碱基链接，甚至可以和两个螺旋上的不同碱基链接。
∙也会有可能另外一个基团和蛋白质反应，造成DNA-蛋白质的链接。
DNA的反应活性除了亲核性之外，主要受空间结构的影响。
Guanine中的N7位置位于DNA双螺旋的大沟槽处，空间较大，容易和亲电试剂接触，反应活性显然要比Adenine中处于小沟槽中的N3（红数字）要高。
当然根据结构也能预知，Adenine的N1和Cytosine的N3（绿数字）位置处于狭窄的分子空间内，又有氢键相连，所以基本上没有反应活性。
DNA反应并不都是反应在氧和氮上，比如粉红的C8位置也能发生反应，不过该反应也是先和相邻的N7反应然后重排到C8。
纯粹的理论说明略显枯燥，下面会详细介绍每一类含有警示结构的致癌物。
酰化试剂
酰基卤化物
酰基卤化物由于卤原子电负性较大，吸引电子，导致羰基碳非常缺电子，一旦和DNA接触，会和腺嘌呤的羰基氧发生酯化反应。
二甲氨基甲酰氯和二乙氨基甲酰氯被IARC归为致癌物2A类。
异氰酸酯类
异氰酸酯是具有多种商业应用的高活性化合物。广泛用于制造聚氨酯泡沫、弹性体、涂料、粘合剂、涂料、杀虫剂和许多其他产品。单芳基异氰酸酯是制造药品和农药的重要中间体。
观察到胞嘧啶、腺嘌呤和鸟嘌呤的外环氨基上的氨和异氰酸酯反应，胸腺嘧啶未检测到加合物。
烷基化直接作用试剂
磺酸、磷酸酯类烷基化试剂
一般烷基为小于5个碳的小分子烷烃，因为烷烃为供电子基团，碳原子越多，给电子能力强，磺酸、磷酸的诱导作用减弱，烷基的亲电变差，反应活性减弱。
磷酸酯中P和C都是亲电位点，和DNA反应主要有两种反应机理：
∙亲核试剂进攻烷基碳
∙亲核试剂进攻磷原子
第一种机理是遗传毒性主要的因素，烷基越小反应活性越高。
有机磷农药不仅具有遗传毒性，还有神经毒性。通过一些数据已经观察到有机磷杀虫剂可以使Guanine的N7位置烷基化。
道路反光镜
磺酸酯类主要是通过使DNA烷基化发挥遗传毒性。
高频电子水处理器
烷基化的反应机理分为两种：
∙通过SN1反应机理，一般是小分子烷烃，比如磺酸甲酯、磺酸乙酯。DNA烷基化的主要位点是鸟嘌呤的风速辅助N7。
∙通过SN2反应机理，一般是支链烷烃，比如磺酸异丙酯。DNA烷基化的主要位点是鸟嘌呤的O6酸洗设备。
值得着重介绍一下的是Busulfan，白消安，1，4-双（甲基磺酰氧）丁烷。是一种双功能烷化剂，可以和两分子鸟嘌呤反应产生鸟嘌呤-鸟嘌呤桥，将DNA相互交联。
N-羟甲基衍生物
该类物质属于代谢后产生活性甲醛，发挥遗传毒性。
甲醛属于高活性致癌物，会和DNA发生多种反应。详见后面醛类遗传毒性杂质。
硫芥和氮芥
硫芥和氮芥的反应机理类似。
首先是一个氯原子离去，形成氮杂环丙烷1，然后被鸟嘌呤的N7位开环成2，另外一个氯原子离去，再次形成氮杂环丙烷3，3可以被水开环成4，也可以和另外一分子的鸟嘌呤反应，成两分子交联。
正是由于它们可以诱导DNA链间交联，使DNA丧失了复制能力，所以导致高度的遗传毒性和细胞毒性。
β-内酯和γ-磺酸内酯
β内酯四元环具有很大的张力能，因此遇到亲核试剂很容易开环。
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