Gli agenti chemioterapici alchilanti del cancro (ad esempio il BCNU) agiscono inducendo la formazione di legami incrociati letali nella posizione O6-alchilguanina del DNA. MGMT trasferisce gli addotti alchilici dalla posizione O6 della guanina nel DNA (prima della formazione dei legami crociati) a un residuo di cisteina nella propria sequenza, riportando così il DNA allo stato intatto. Questo trasferimento inattiva l'enzima MGMT ed è irreversibile; di conseguenza, il livello di MGMT in una cellula è direttamente proporzionale al livello di danno al DNA che può tollerare. Nei tessuti normali, MGMT agisce come soppressore delle mutazioni e della carcinogenesi. I tumori con alti livelli di MGMT sono probabilmente resistenti ai farmaci.