1.肉眼觀：腫瘤為局限性，柔軟易碎，切面呈紅色或灰紅色，呈浸潤性生長，但肉眼可見腫瘤邊界。腫瘤多為實質性，可有囊性變，出血和壞死小灶，極少鈣化。
2.光鏡：光鏡下見組織形態接近膠母細胞瘤，但多形性不卓著。瘤細胞豐富，其主要構成細胞為星形母細胞。瘤細胞圍繞血管排列，呈血管周假菊花樣或放射形排列，血管豐富，管壁厚薄不一，常有玻璃樣，瘤細胞明顯核異態。多核細胞、星形細胞和成膠質細胞也常見于腫瘤中。遠離血管的腫瘤組織常有。
電鏡和腫瘤標記物均具有星形細胞瘤的特征。星形母細胞瘤的臨床特點介于星形細胞瘤與膠母細胞瘤。生長較星形細胞瘤快，平均病程1～20個月之間。小腦星形母細胞瘤由于引起阻塞性腦積水，病程要比大腦星形母細胞瘤短。癥狀包括顱內壓增高和局灶性腦功能障礙，與其他顱內腫瘤無明顯差別。手術前常難以與星形細胞瘤區別。治療與星形細胞瘤相似，但預后較差。