Die Wirkungsweise von Docetaxel beruht auf der Hemmung der Zellteilung (Mitose). Es bindet in den Körperzellen an den Spindel-Apparat, eine Zellstruktur bestehend aus kleinen Eiweißfäden, den sogenannten Mikrotubuli, welche während der Mitose die zuvor entstandenen Zellkernhälften auseinanderziehen und somit zur Entstehung zweier Tochterzellen und Zellvermehrung beitragen. Durch den Einfluss von Docetaxel werden die Mikrotubuli stabilisiert und überschießend neu gebildet, wobei dies wiederum deren Abbau, Wiederverwendung und letztendlich Funktion stört. Damit wird die weitere Zellvermehrung gehemmt.
Da diese Wirkungsweise von Docetaxel jedoch nicht nur Tumorzellen betrifft, sondern auch reguläre Zellen, beispielsweise Blutzellen, kann es bei deren Einsatz zu Nebenwirkungen kommen. Das Ausmaß der Nebenwirkungen hängt dabei auch von der eingesetzten Docetaxel-Dosis sowie möglichen Wechselwirkungen bei der Einnahme weiterer Medikamente ab. Mögliche sehr häufig (d.h. genau eine bzw. mehr als eine von 10 Personen betreffend) auftretende Nebenwirkungen bei der Einnahme von Docetaxel sind: Sepsis (Blutvergiftung), Pneumonie (Lungenentzündung), Neutropenie (Verminderung einer infektionsbekämpfenden Untergruppe der weißen Blutkörperchen), Anämie (Verminderung der roten Blutkörperchen), Herversagen, Blutdruckabfall, erhöhte Leber- und Blutzuckerwerte, Neuropathien (nervlich bedingte Missempfindungen), Nausea (Übelkeit), Erbrechen, Diarrhö (Durchfall), Stomatitis (Schleimhautentzündung im Mund), Alopezie (Haarausfall), Myalgie (Muskelschmerzen), Asthenie (Schwäche), Nagelveränderungen und Hautreaktionen.
Nicht angewandt wird Docetaxel während der Schwangerschaft aufgrund der möglich schädlichen Wirkung auf den Fötus sowie während der Stillzeit. Der Wirkstoff besitzt lipophile Eigenschaft, jedoch ist noch unbekannt, ob eine Übertragung auf die Muttermilch stattfindet. Während der Einnahme sollte zudem auf eine sichere Kontrazeption geachtet werden. Da Docetaxel in der Leber verstoffwechselt wird, darf der Wirkstoff Docetaxel bei einer ausgeprägten Leberfunktionsstörung, aber auch bei einer Überempfindlichkeit gegenüber dem Wirkstoff Docetaxel selbst oder bei einer deutlichen Verminderung der Neutrophilenzellzahl (unter 1500 Zellen/mm3) im Blutbild nicht zur Behandlung angewandt werden.