W komórkach szpiczaka trójtlenek arsenu oddziałuje z receptorem APO2/TRAIL, aktywując kaspazy 8 i 9.
Trójtlenek arsenu wpływa również na wewnątrzkomórkowe stężenie glutationu, który jest bardzo ważnym elementem układu oksyredukcyjnego (m.in. usuwa wolne rodniki, redukuje nadtlenek wodoru). Bierze on również udział, razem z peroksydazą i katalazą, w regulacji poziomu reaktywnych form tlenu. Trójtlenek arsenu hamuje peroksydazę glutationu, zmniejszając tym samym jego stężenie w komórce, co prowadzi do wzrostu poziomu wolnych rodników tlenowych. Te z kolei zwiększają przepuszczalność błony mitochondrium, powodując wypływ białek śmierci i rozpoczęcie procesu apoptozy.
Trójtlenek arsenu wpływa również degradująco na polimerazę poli(ADP-rybozy), co w połączeniu z aktywacją kaspaz hamuje naprawę DNA i zatrzymuje cykl komórkowy. To, w jakiej fazie cykl komórkowy zostanie zablokowany, zależy w głównej mierze od białka p53. W komórkach zawierających tzw. typ dziki (niezmutowany) p53 cykl ulega zahamowaniu w interfazie, natomiast w komórkach ze zmutowanym p53 – w fazie G2/M.