Di căn là sự lan tỏa của tế bào ung thư từ khối u ban đầu sang mô xung quanh và các cơ quan xa. Trong khi là nguyên nhân chính khiến bệnh nhân ung thư tử vong, đây vẫn là một trong những khía cạnh bí ẩn nhất của căn bệnh. Để hoàn thành quá trình này, các tế bào ung thư phải tách ra khỏi khối u ban đầu, xâm nhập hệ tuần hoàn và bạch huyết, tránh né bị hệ miễn dịch tấn công, thoát ra ở mạng mao mạch xa, rồi xâm lấn và tăng sinh ở cơ quan xa. Mỗi ngày có hàng triệu tế bào tỏa ra từ khối u nhưng chỉ có vài điểm di căn phát-hiện-được hình thành, cho thấy di căn đường máu rất kém hiệu quả có thể do hầu hết tế bào ung thư bị tiêu diệt trong dòng máu bởi áp lực và hệ miễn dịch. Chuỗi quá trình được kích hoạt bởi bất ổn nhiễm sắc thể bắt nguồn từ những lỗi liên tiếp ở khâu phân chia nhiễm sắc thể trong nguyên phân. Tế bào ung thư có thể phát tán đơn lẻ hoặc theo cụm. Trong trường hợp carcinoma, xảy ra một sự kiện quan trọng là chuyển đổi biểu mô–trung mô (EMT) mà ở đó các tế bào carcinoma mất đi tính chất biểu mô và bổ sung các đặc tính trung mô. EMT hỗ trợ di căn bằng cách trao cho tế bào tính di động và xâm lấn cùng năng lực làm suy biến các thành phần của ma trận ngoại bào. Các tế bào biểu mô nhiều khi không biến đổi hoàn toàn mà chỉ một phần, ở vào trạng thái lai. Tế bào kiểu này di căn hiệu quả hơn. Số ít tế bào ung thư đến được cơ quan xa lại trải qua một quá trình ngược là chuyển đổi trung mô–biểu mô (MET) để tăng sinh và tạo thành u di căn.