亚叶酸钙是四氢叶酸的N5-甲酰衍生物，是非对映异构体混合物的外消旋体，可在维生素B12的作用下脱去甲基形成四氢叶酸，后者在丝氨酸转羟甲基酶的作用下生成N-甲酰四氢叶酸。在DNA合成过程中，脱氧尿苷酸（dUMP）需要在胸苷酸合成酶（TMPS）的作用下接受四氢叶酸转化过程中所产生的甲基，形成脱氧胸苷酸（dTMP）。在此反应过程中，TMPS、四氢叶酸、dUMP三者形成一个过渡性的复合物，反应结束后复合物分解，释放出二氢叶酸、dTMP和TMPS。因此，四氢叶酸与嘌呤、嘧啶的合成以及氨基酸的代谢密切相关。
目前市面上还出现了左亚叶酸钙注射液，它是亚叶酸钙的左旋体，也是亚叶酸钙在体内的药理活性成份。在与化疗药物合并使用时，左亚叶酸钙只需一半的剂量即可产生与亚叶酸钙相似的疗效。然而，目前市售的左亚叶酸钙注射液的价格远远高于亚叶酸钙注射液，左亚叶酸钙注射液是否能够替代亚叶酸钙注射液，仍需要进行更多的疗效研究和经济学评价。
在临床上，亚叶酸钙的常见用法是与氟尿嘧啶注射液联合用于消化道的恶性肿瘤。亚叶酸钙的活性成份左亚叶酸钙在体内可转化为5,10-亚甲基四氢叶酸。氟尿嘧啶进入体内后首先转变为氟尿嘧啶脱氧核苷酸，与TMPS、5,10-亚甲基四氢叶酸、形成稳定的三联复合物，导致TMPS的功能受到抑制，不能生成dTMP，DNA合成过程受阻。氟尿嘧啶对TMPS酶的抑制作用受体内四氢叶酸水平的影响，外源性增加四氢叶酸的浓度能够提高氟尿嘧啶对TMPS的抑制作用。因此，在临床上，亚叶酸钙常常被用来提高氟尿嘧啶注射液的抗肿瘤疗效。
甲氨喋呤是一种叶酸拮抗剂，美国食品药品管理局（FDA）批准大剂量的甲氨喋呤单独应用或与其他化疗药物联合可用于治疗成骨肉瘤、急性白血病、支气管肺癌或头颈部表皮癌等，但大剂量的甲氨喋呤在使用时，必须应用亚叶酸钙进行解救。甲氨蝶呤等叶酸拮抗剂的作用是与二氢叶酸还原酶结合而阻断叶酸向四氢叶酸转化，从而抑制DNA的合成。亚叶酸钙进入体内后，可提供叶酸在体内的活化形式四氢叶酸，“解救”过量的叶酸拮抗物在体内的毒性反应，限制甲氨蝶呤对正常细胞的损害程度，通过相互间的竞争作用，逆转甲氨蝶呤对骨髓和胃肠道黏膜的不良反应，但对已存在的甲氨蝶呤神经毒性无效。
综上所述，亚叶酸钙不是一种化疗药，而是一种抗肿瘤辅助用药，并且仅仅在与涉及到叶酸代谢路径的抗肿瘤药物联用，可起到增效或解毒的作用。
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