Kemoterapi adalah pengobatan yang paling dasar, utama, jika bukan satu-satunya, untuk leukemia akut. Setelah diagnosis leukemia akut, prioritas pertama adalah memulai kemoterapi kombinasi sesegera mungkin, berdasarkan pengobatan suportif aktif. Regimen kemoterapi pertama, yang disebut kemoterapi induksi, adalah dengan cepat membunuh sebanyak mungkin sel leukemia dalam tubuh sehingga jumlah sel leukemia sekecil mungkin, dan jika remisi total tidak tercapai, diperlukan kemoterapi induksi lebih lanjut. Kemoterapi lebih lanjut setelah remisi lengkap tercapai disebut terapi intensif. Pengobatan intensif dini sekarang banyak dianjurkan, dengan transplantasi sel punca hematopoietik biasanya dipertimbangkan setelah sekitar 4-6 pengobatan intensif. Jika HSCT tidak tersedia, kemoterapi intensif dapat diberikan, biasanya sekitar sebulan sekali untuk tahun pertama, setiap dua bulan sekali untuk tahun kedua dan setiap tiga bulan sekali untuk tahun ketiga. Namun demikian, sebagian besar pasien leukemia akut kambuh dalam 1-2 tahun setelah diagnosis. Proporsi kekambuhan yang mencapai remisi lengkap dengan kemoterapi lagi adalah rendah. Kurang dari 20% pasien leukemia akut yang benar-benar sembuh dengan kemoterapi saja. Namun, tidak semua leukemia akut memiliki prognosis yang buruk. Leukemia akut dengan hasil pengobatan yang relatif baik termasuk leukemia myeloid akut M2 dengan t(8;21) dan leukemia myeloid akut M3 dengan t(15;17). Oleh karena itu, hasil dan prognosis leukemia akut sangat bervariasi, tergantung pada subtipe, tetapi terlepas dari prognosisnya, selalu ada harapan untuk sembuh selama dokter dan pasien bekerja sama dan mengobati secara aktif.