Die antikanzerogenen Mechanismen von Metformin scheinen auf sehr unterschiedlichen Ebenen angesiedelt zu sein. Experimentell belegt sind z. B. Effekte auf Angiogenese, Apoptose, den mTOR-Signalweg und die microRNA-Deregulation.

Metformin wird in Leberzellen, aber auch in Tumorzellen über den Organic Cation Transporter 1 (OCT-1) aufgenommen. Da Metformin in der Lage ist, seinen eigenen Transporter hochzuregulieren, steigt auch die Aufnahme in die Tumorzellen. Auch Tyrosinkinasehemmer und andere Chemotherapeutika werden über diesen Transporter aufgenommen. Somit besteht ein Synergieeffekt zwischen Metformin und diesen Substanzen. Studien an Patienten mit fortgeschrittenem Rektumkarzinom haben bestätigt, dass Metformin-behandelte Patienten auf die Standardchemotherapie besser ansprechen. Metformin erhöht auch die Sensitivität für Paclitaxel. Diabetiker mit Pankreaskarzinom überlebten auch länger, wenn sie mit Metformin behandelt wurden. Ein solcher Effekt ließ sich bei Sulfonylharnstoffen oder Insulin nicht beobachten.