大部分（大约90%）与癌症有关死亡都是由原发肿瘤细胞转移到远离初始位置的部位导致的。转移是指癌症细胞扩散到整个机体的过程
细胞要扩散到整个机体，必须首先越过或绕过邻近细胞。它们通过重构细胞骨架（cytoskeleton）；以及通过细胞质膜（plasma membrane）表面的蛋白质（proteins），附着于其它细胞和细胞外基质（extracellular matrix）。细胞能通过向前延伸一部分细胞，并让后部分跟着而前移动来向前迁移。细胞就这样向前爬行直到撞上它不能绕过的障碍。这个障碍通常是组织外围绕的一层厚厚的蛋白质和糖蛋白（glycoproteins），称为基底层（basal lamina）或基底膜（basement membrane）。为了穿过这层基底膜，癌症细胞必须分泌一种消化酶（digestive enzymes）的混合物，将基底膜中的蛋白质降解，以便穿过这层膜。
由癌症细胞分泌的酶含有一组叫做间质金属蛋白酶（MMP - matrix metalloproteases）。这些酶充当“分子剪刀”将那些阻挡转移中的癌症细胞移动的蛋白质剪断。一旦穿过基底膜，癌症细胞便可以多种方式在全身转移。比如它们可以从血管内皮细胞间挤过而进入血流。一旦进入血流，这些细胞在循环系统中飘浮，直到找到一个合适的驻扎场所，然后它们重新进入组织。它们在新的部位开始生长增殖，形成新的肿瘤。
转移形成是一个非常低效的过程，但是导致大多数与癌症相关的死亡。这是因为每天离开肿瘤的细胞可高达数百万。即使只有一小部分离开肿瘤的细胞能够存活下来形成新的肿瘤，大量的尝试意味着在癌症细胞在远处的生长很有可能在某一时刻发生。
转移中的癌症细胞可能由于很多原因死亡，这些原因包括：
细胞通常和相邻细胞和周围的蛋白质网络紧密连接。从其他细胞的表面脱离可导致细胞死亡（称为失巢凋亡 anoikis）。与通常存在于淋巴系统或血液系统中的细胞相比，癌细胞通常显得相当大。当它们穿过血管时，他们可能会受损伤或被卡住，从而导致细胞死亡。
癌细胞可能被免疫系统的细胞识别并摧毁。
此外，即使癌症细胞没有死，它也不一定会形成肿瘤，了解这一点是很重要的。细胞可能在远离原始肿瘤的位置的地方生存，但不进行复制繁殖，所以不足以引起任何问题。