膠質母細胞瘤是星形細胞腫瘤中惡性程度最高的膠質瘤。腫瘤位于皮質下，多數生長于幕上大腦半球各處。呈浸潤性生長，常侵犯幾個腦葉，并侵犯深部結構，還可經胼胝體波及對側大腦半球。發生部位以額葉最多見。
有研究發現原發性膠質母細胞瘤與繼發性膠質母細胞瘤的分子發生機制不同。原發性膠質母細胞瘤的分子改變以表皮生長因子受體（EGFR）的擴增與過量表達為主，而繼發性膠質母細胞瘤則以p53的突變為主。
