全身加温可以扩张肿瘤组织的血管，加速血液循环，增加肿瘤组织内部化疗药的浓度（41℃/60分钟，ECTX增高达2倍以上），促进药物接近靶细胞改变细胞的通透性，使化疗药物进入细胞内增多，增强化疗反应。
（1）促进抗癌药物与癌细胞与癌细胞DNA的结合
烷化剂和铂类药物主要是通过与癌细胞DNA分子形成共价键，影响癌细胞DNA的复制与转录，最终导致癌细胞凋亡，在热效应的作用下增强了药物与癌细胞DNA共价键加和作用增强，达到原有药物剂量达不到的效应，既减轻副作用，又可提高疗效。
（2）抑制癌细胞DNA损伤的修复
聚腺普二磷酸核糖聚合酶（PARP）是广泛存在于有核细胞中的多功能酶。当细胞DNA发生损伤时，PRAP可作为细胞内的分子感受器，识别、结合到DNA断裂处，并被激活，激活的PARP可崔化组蛋白HI，拓扑异构酶1和，DNA聚合酶、RNA聚合酶、Ca2+/mg2+依赖的核酸内切酶及PARP自身等多种受体蛋白的聚APP-核糖基和ATP的参与，热疗可以降低细胞内ADP和ATP浓度，并可使PARP的活性降低50%以上，从而抑制癌细胞DNA的修复促进死亡。
（3）减少和逆转肿瘤细胞耐药性的发生
化疗后肿瘤细胞易产生多药耐药（MDR）常使化疗难以奏效而失败，研究证明MDR与P-糖蛋白（P-gp）和药耐药相关蛋白（MRP）高表达相关。加温合并化疗可以抑制P-gp、MRP的表达，逆转肿瘤细胞的多药耐药性及诱导细胞凋亡。
（4）有热增强效应的化疗药物主要有以下几种：
药物的细胞毒性随温度升高呈线性增加：环磷酰胺、异环磷酰胺、塞替派、氮芥、丝裂霉素、顺铂、米托葱酮等。
药物的细胞毒性有一定温度条件下增强（域温度效应），如阿霉素、博来霉素和放线菌素，这类药物在体外温度超过37度时细胞毒性不发生改变，直到温度达到41-43度时才具热增强效应。
药物的细胞毒性在41-45℃之间无变化，如长春新碱和长春花碱，热效应不明显。
热疗可抑制肿瘤血管形成和转移倾向：肿瘤内部血管的形成是肿瘤与转移瘤生长、发展的基本条件，早期的肿瘤细胞通过临近组织间液来提供营养，当肿瘤或转移瘤的直径长到1-2cm时，通过微环境渗透提供的营养物质，已不能满足肿瘤组织快速生长的需要，肿瘤需要建立自身的血管系统。
热疗有刺激提高免疫系统的功能：加热到40℃/90分钟的热作用还能活化B淋巴细胞，诱导外周单核细胞（PBMC）免疫球蛋白分泌增加，促进中性粒细胞的移行和趋化作用。
热疗对骨髓保护作用：在41.8℃全身热疗作用下，外周血单核细胞会分泌粒细胞集落刺激因子（G-CSF）和IL-6、IL-8、IL-10等，能直接刺激骨髓造血细胞的分化成熟等，因而热疗可以对化疗或放疗引起的骨髓抑制具有保护作用。