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Die erhöhten Temperaturen sollen eine verstärkte Durchblutung im Tumorgewebe begünstigen und damit zu einer verbesserten Wirkung von Strahlen- und Chemotherapie beitragen. Krebszellen können aufgrund ihrer primitiven Blutversorgung Wärme im Gegensatz zu gesundem Gewebe schlecht abführen. Das hängt damit zusammen, dass Tumorzellen einen anderen Stoffwechsel und eine andere Gefäßversorgung haben als gesunde Zellen. Somit entsteht in den Krebszellen ein Hitzestau, der zu einer Unterversorgung der Tumorzellen mit Sauerstoff und zur Nährstoffverarmung im Tumor führt.^[1] Diese Mangelerscheinung führt zu Störungen wichtiger Stoffwechselprozesse bei der Zellteilung und Zellerhaltung, wobei auch Reparatursysteme der Zellen ausfallen. So können thermische (durch Hyperthermie geschädigte) Zellbestandteile nicht ersetzt werden, was zum Absterben der Tumorzellen führen kann. Der sogenannte synergistische Effekt der Hyperthermie führt zu einer Potenzierung der Wirksamkeit bei Kombination der Standardtherapien mit therapeutischer Hyperthermie. Eine aktuelle Studie der Berliner Charité, die Rektumkarzinom-Patienten untersuchte, kam darüber hinaus zu folgendem Ergebnis: Der zusätzliche Einsatz von Hyperthermie in Kombination mit Strahlen- und Chemotherapie hat eine positive Wirkung auf die Lebensqualität von Krebspatienten gegenüber denjenigen, die keine Behandlung mit Hyperthermie erhielten.^[2]

Man hat festgestellt, dass Zytostatika bei Temperaturen über 40 °C deutlich aggressiver wirken als bei der normalen Körpertemperatur. Darüber hinaus sind die thermisch vorgeschädigten Tumorzellen leichter durch die Strahlentherapie zu bekämpfen, weil ihre Reparaturfähigkeiten herabgesetzt sind. Untersuchungen haben weiterhin ergeben, dass Krebszellen bei einer Erwärmung auf ca. 42 °C im Gegensatz zu gesundem Gewebe besonders geartete Eiweißstrukturen auf ihrer Oberfläche bilden. Diese Eiweißstrukturen, auch Hitzeschockproteine genannt, werden vom Abwehrsystem als körperfremd erkannt, so dass die Krebszellen vom Abwehrsystem zerstört werden können.

Hyperthermie soll an zwei Fronten wirken: zum einen durch thermische Schädigung, zum anderen durch die Stimulierung des Immunsystems.

Bei Temperaturen bis 46 °C innerhalb des Tumors wird die Wirkung einer gleichzeitig angewandten Strahlen- oder Chemotherapie verstärkt. Die Wirkungsverstärkung gegenüber einer Strahlentherapie erfolgt dabei beispielsweise durch den wärmebedingten Funktionsverlust von Reparaturenzymen, die normalerweise Strahlenschäden an der DNA reparieren und so das weitere Überleben von Tumorzellen ermöglichen. Werden diese wichtigen Enzyme durch Wärme geschädigt, sterben die Tumorzellen bereits bei kleineren Strahlendosen ab und somit werden auch strahlenresistente Tumorzellen von der Kombinationsbehandlung erfasst. Wärme beeinträchtigt aber auch andere Proteine, die zum Beispiel dafür verantwortlich sind, dass chemoresistente Tumorzellen die für sie schädlichen Zytostatika aus den Zellen wieder herausschleusen können. Fallen diese „Pumpen“ durch Wärmeeinwirkung aus, sterben selbst chemoresistente Tumorzellen, weil die Wirkstoffe weiterhin in den Zellen verbleiben.

Bei Temperaturen über 46 °C werden nahezu alle Biomoleküle der Zellen betroffen und die Zelle stirbt direkt an den Folgen der Überhitzung.