Biyolojik tedavi immünoterapi olarak da bilinmektedir, kansere karşı vücut savunma mekanizmalarını harekete geçirir.

İnterferon ve koloni stimülan faktör gibi biyolojik ajanlar vücut savunma mekanizmalarını onarırlar. Araştırıcılar monoklonal antikorlar ve aşılar gibi özel biyolojik tedaviler de geliştirmektedirler. 

Monoklonal antikorlar laboratuarda üretilen kanser hücre yüzeylerinde belli alanlara bağlanan maddelerdir. Kanser hücre yüzeyine bağlandıklarında hücrede fonksiyon gören proteinlerin sentezini etkiler. 

Örneğin; trastuzumab meme kanseri hücrelerinde aşırı miktarda üretilen HER2/neu proteinine bağlanır, kanser hücrelerinin büyüme ve bölünmesini önler. Kanser tedavisinde kullanılan diğer monoklonal antikorlar cetuximab (Erbitux), rituximab (Rituxan), ve bevacizumab (Avastin) dir. 

Kanser aşıları vücudun immün sistemini etkileyerek kanser hücrelerini tanımalarını sağlarlar, kanser aşıları üzerinde klinik araştırmalar devam etmektedir. Ancak halen çok deneysel bir tedavi yöntemidir.