いわゆる「抗がん剤」を使う治療法で、ホルモン療法が有効でない症例や効果がなくなった時に行われます。複数の抗がん剤やステロイド剤が同時に使われることもあります。これまで、前立腺がんには抗がん剤が効きにくいとされていましたが、一部の抗がん剤（タキサン系）は進行前立腺がんの患者さんの生存期間を有意に延長することが報告されています。
使用する抗がん剤の種類や、個人差でさまざまですが、副作用として骨髄抑制（貧血、白血球減少による感染、血小板低下による出血傾向）、吐き気、嘔吐、食欲不振、下痢、手足のしびれ、肝機能障害、腎障害、脱毛、疲労感、むくみなどを引き起こすことがあります。