Compete con il nucleoside desossicitidina nella sintesi del DNA. Se la base sbagliata sostituisce la deossicitidina, ciò crea un'opportunità per l'enzima topoisomerasi I di scomporre il DNA. Quando la topoisomerasi I inizia un'operazione sul DNA, il DNA deve essere rotto. Normalmente le pause sono molto brevi e la topoisomerasi I le richiude rapidamente. Tuttavia, Cytoxan può stabilizzare questo stato di rottura, bloccando la replicazione e quindi uccidendo le cellule sottoposte a rapida divisione cellulare.