La recherche en cancérologie se nourrit de disciplines de tous les horizons de la connaissance : la médecine et la biologie, bien sûr, mais également les mathématiques et l’informatiques, nécessaires pour traiter les informations obtenues notamment avec les technologies de haut-débit, ou la physique qui permet la mise au point de matériel d’imagerie très perfectionné. Les disciplines de sciences humaines et sociales permettent, quant à elles, de replacer le cancer dans son contexte, c’est-à-dire au sein d’une société, d’un système économique, d’une histoire, d’une population ou encore en relation avec la psychologie même du patient.
Le rôle du Cancéropôle Ile-de-France est de fédérer la recherche francilienne en cancérologie, d'animer le réseau de recherche, de permettre les collaborations interdisciplinaires et favoriser la mise en place de programmes transversaux et innovants.

De manière à structurer les recherches effectuées au sein d’équipes inscrites dans le réseau du Cancéropôle Ile-de-France, trois axes principaux de recherche ont été définis, regroupant près de 800 projets de recherche :