肉眼所見腫瘤邊界常較光整，有“假包膜”，而實際腫瘤細胞浸潤的區域已遠遠超過了“假包膜”所顯示的邊界，較表淺的膠質母細胞瘤常侵犯和穿透大腦皮質并與硬腦膜粘連。腫瘤切面形狀多不規則，有腫瘤區、壞死區和出血區，可有囊腫形成，瘤組織柔軟易碎，血運豐富。
腫瘤的特點是：
①腫瘤細胞的多種組織學形態。
②腫瘤細胞核分裂象相當多見。
③供血血管豐富。
④來源于血管外膜的間質纖維增生。
生長特征：
①膠質母細胞瘤有沿白質中的神經束生長到遠處的傾向。
②腫瘤侵犯腦室后，可經腦脊液轉移。
③多中心性生長，有4.9%～20%存在幾個獨立的瘤中心。
腫瘤惡性程度為Ⅳ級。腫瘤的病理類型多為低級別星形細胞瘤，常為毛細胞型。
腫瘤自然病程的多樣性使得治療效果的評價十分困難，有的學者根據術前MRI表現將其分為3類：
①視交叉前型；
②彌漫性視交叉型；
③視交叉-下丘腦外生型。以此來指導外科治療。