É indicado como quimioterapia para tumores sólidos, como câncer de ovário, mama, bexiga e também como parte de regimes de condicionamento pré-transplante de medula óssea. A tiotepa é um agente alquilante que interfere na replicação do DNA, levando à morte celular, especialmente em células tumorais de rápida divisão. É administrado por via intravenosa e, em alguns casos, por via intravesical ou intratecal, conforme a indicação.