自我更新(self-renewal)是指一个细胞分裂为两个细胞，但其中一个子代细胞仍然保持与亲代细胞完全相同的未分化状态；而另一个子代细胞则定向(commit)分化，这种分裂称为不对称分裂(dissymmetricdivision)。癌干细胞与成体干细胞类似，也具有自我更新的特性。认识正常干细胞自我更新的调节机制是理解肿瘤细胞增殖机制的基础，因为癌通常被认为是自我更新失控所致的疾病。
肿瘤干细胞自我更新的特性是造成肿瘤复发、转移及预后不良的主要原因。
正常干细胞通过不对称分裂在实现自我更新的同时，也通过分化、细胞周期的有序进行，为机体在生命过程中维持恒态(homeostasis)起了不可替代的作用。不同组织中干细胞究竟是自我更新还是向特定细胞分化取决于干细胞的内在能力及其niche细胞的作用。肿瘤干细胞通过自我更新维持着肿瘤的持续生长。肿瘤干细胞积累了所在肿瘤的基因突变，正是这些基因突变导致了肿瘤细胞的过度增殖，乃至转移播散。 癌干细胞的致瘤性因肿瘤种类不同差别较大，主要从两个方面进行评价：
一是癌干细胞的体外克隆形成(clonogenicity)能力，即源自原发性肿瘤组织或肿瘤细胞系的癌干细胞在软琼脂(softagar)或基底膜类似物(matrigel)上形成克隆数及其大小；
二是癌干细胞在免疫缺陷动物体内的肿瘤形成(tumorigenicity)能力，即将分选的相同数量的癌干细胞和非干细胞分别原位或异位接种免疫缺陷动物，观察其在相同时间内成瘤情况(统计成瘤动物数，比较形成肿瘤的大小等)。
成瘤性最强的是脑瘤干细胞，癌干细胞比癌非干细胞具有更高的成瘤潜能。 耐药性(drugresistance)是癌干细胞的特性之一，因而认为癌干细胞的存在是导致肿瘤化疗失败的主要原因。正常情况下，多数耐药分子在营养吸收的器官组织(如肺、消化道)、代谢和排泄器官组织(肝、肾)等的上皮细胞均有不同程度的表达，同时这些运输分子在维持体内的生理屏障(血脑屏障、血脑脊髓液屏障、血睾屏障、母体－胎儿屏障及胎盘)具有重要作用。因此，具有调节吸收、营养分布、代谢、分泌和外源毒性物质的功能。
肿瘤干细胞膜上含有多数表达ABCtransporter家族膜蛋白，这类蛋白大多可运输并外排包括代谢产物、药物、毒性物质、内源性脂类物质、多肽、核苷酸及固醇类等多种物质，使许多对肿瘤非干细胞具有抑制或杀伤作用的化疗药物却对肿瘤干细胞杀伤作用明显减弱。Bcrp1/ABCG2是研究常用的癌干细胞耐药靶标。该领域的突破性研究进展可能会开发出新型肿瘤化疗策略。
