Antimetabolitler, DNA sentezi için gerekli olan bir veya daha fazla enzime veya bunların reaksiyonlarına müdahale eden ilaçlardır. Normal metabolizmada kullanılacak gerçek metabolitlerin yerine geçerek DNA sentezini etkilerler. Örneğin, antifolatlar folik asit kullanımına müdahale ederler. Antimetabolitlerin, hücre büyümesini ve hücre bölünmesini durdurma gibi hücreler üzerinde toksik etkilere sahip olabilir, bu nedenle bu bileşikler kanser için kemoterapi ajanı olarak kullanılırlar. Ayrıca antimetabolitler ayrıca para-aminobenzoik asit (PABA) ile rekabet ederek bakterilerde dihidrofolat sentezini inhibe eden sülfanilamid ilaçlar gibi antibiyotik olarak kullanılabilirler.
Terapötik amaçlarla birçok antimetabolit kullanılmaktadır. Örneğin sülfanilamidler, bakteriyel metabolizmayı bozan antimetabolitlerdir ve insanlarda bakteriyel enfeksiyonları ortadan kaldırmak için kullanılır. Diğer örnekler arasında pürin antagonistleri (azatioprin, merkaptopurin ve tiyoguanin) ve pirimidin (florourasil ve floksuridin) antagonistleri yer alır. Antiviral özelliklere de sahip olan sitarabin, dihidrofolat redüktazı engeller. Bu, tetrahidrofolatın sentezi ve ardından DNA oluşumu için gerekli olan folik asidin sentezi için gereklidir. En sık akut lösemi, meme kanseri, akciğer kanseri ve osteojenik sarkom (osteosarkom) tedavisinde kullanılan metotreksat, romatoid artrit tedavisinde de düşük dozlarda kullanılmıştır.