肿瘤组织在体内生长的特点之一是其血管生长畸形、结构紊乱及毛细血管受压，并有血窦形成。因此其血供比正常组织明显减少，血流速度慢，血流量低。肿瘤的这个特性为热疗提供了条件，因为正常组织在受热时有良好的血液循环可充分散热，而肿瘤组织由于散热不良局部温度可高于邻近的正常组织5-10%。当高热作用使得肿瘤细胞处于杀伤温度（43℃）时，正常组织仍处于较低温度而不受损伤。
高热能抑制肿瘤细胞的DNA、RNA及蛋白质合成，换言之，就是能抑制肿瘤细胞的增殖。高热时，肿瘤骨架散乱，细胞的许多重要功能受损，如溶酶体活性升高、线粒体结构破坏、聚合酶活性丢失、染色体畸变，继而导致细胞死亡。而且高热还可影响肿瘤细胞生物膜的状态和功能，对肿瘤组织的代谢直接产生影响，使肿瘤细胞膜通透性增加，低分子蛋白外溢，膜内ATP酶消失，使肿瘤组织早期可发生淤血、血管扩张及部分血流停滞，细胞萎缩及数目减少和细胞内呼吸受抑制，此时肿瘤细胞难以抵抗放射线及化疗药物的进攻，容易被杀伤杀灭。高热尤其是局部热疗，还可以刺激机体的免疫系统，提高机体的免疫功能，起到限制肿瘤细胞扩散的作用。最近的研究还证实，高热可导致p53等基因改变，从而诱发肿瘤细胞凋亡。
通常使用的化疗，并非对所有的肿瘤细胞都能杀灭。细胞分裂周期中的S期细胞，以及位于肿瘤中心部分那些因缺血而乏氧、PH值低和营养状态差的细胞，往往还有存活率，这些细胞常成为化疗后复发的根源。热疗正好对这些“冬眠”或称“漏网”的肿瘤细胞有特别的杀伤力。研究表明：高热可使肿瘤化疗药物的浓度显著提高2-3倍，并能提高化疗药物的杀癌效应；42℃高热2小时可使部分化疗药物的杀癌效应增强10-100倍，部分肿瘤治愈率能提高50%以上。
临床上单纯采用热疗治疗肿瘤一般只适用于浅表肿瘤、放化疗后复发的晚期肿瘤和不适合手术、放化疗的晚期转移癌。目前，热疗更多的是与化疗结合一起治疗肿瘤。国内外已经成功的应用热化疗来治疗胃癌、肺癌、肝癌、膀胱癌、大肠癌、食管癌、乳腺癌、骨肿瘤及头颈部肿瘤等，均已收到满意的疗效。对腹腔肿瘤，热疗可以结合化疗药物灌注进行。微波热疗配合化疗，一般在实施化疗方案之前或同时进行微波热疗，每周1次，每次45～60分钟，一疗程共2-3次，每次费用1500-2000元。其副作用主要是加温本身的副作用如热感、灼伤、疼痛、硬结等，而化疗本身的毒性未见加重。