從病理發(fā)生學(xué)（pathogenesis）角度而言，膠質(zhì)瘤是在內(nèi)部遺傳易感因素與外部環(huán)境致病因素相互作用下，在細(xì)胞的遺傳物質(zhì)(DNA)及表觀遺傳物質(zhì)（epi-genetics）水平，發(fā)生了足以致癌的突變（以及突變的組合）；這些突變，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞持續(xù)的進(jìn)入細(xì)胞周期進(jìn)行有絲分裂、逃避凋亡、躲避細(xì)胞的生長(zhǎng)接觸抑制、躲避免疫抑制等，并使細(xì)胞獲得與持續(xù)增長(zhǎng)相適應(yīng)的能量代謝異常、誘導(dǎo)腫瘤新生血管生長(zhǎng)、缺氧與壞死等改變。
與不同級(jí)別膠質(zhì)瘤的臨床與細(xì)胞病理表現(xiàn)所相對(duì)應(yīng)的分子改變也有所不同。例如，低級(jí)別膠質(zhì)瘤主要表現(xiàn)為細(xì)胞低速的分裂增生；而高級(jí)別膠質(zhì)瘤則表現(xiàn)為高速的細(xì)胞分裂增生以及伴隨的新生血管生成以及腫瘤的缺氧、壞死。與之相應(yīng)的，低級(jí)別膠質(zhì)瘤在分子水平往往無(wú)HIF-1及VEGF等分子通道的啟動(dòng)與高表達(dá)。值得注意的是，大腦雖然被認(rèn)為是一個(gè)在正常生理狀態(tài)下，細(xì)胞幾乎不發(fā)生分裂增生（turning over）的器官，但是在特定時(shí)期和條件，大腦中樞器官還是會(huì)有一定的細(xì)胞分裂。例如，在兒童期，有神經(jīng)元的分裂。因此，在兒童期，神經(jīng)元來(lái)源的腫瘤，如髓母細(xì)胞瘤，發(fā)病率比成年高。但是，這并不意味著，有細(xì)胞分裂的發(fā)生，就有腫瘤癌變的可能。因?yàn)椋诮^大部分情況下，細(xì)胞增生過(guò)程中發(fā)生的突變（spontaneous mutation），都可以被細(xì)胞分子“維穩(wěn)”功能所修正；如若無(wú)法修正，則細(xì)胞會(huì)啟動(dòng)凋亡途徑，使發(fā)生突變的細(xì)胞自發(fā)死亡。可見(jiàn)，膠質(zhì)瘤的發(fā)生是個(gè)小概率的偶然事件。低級(jí)別膠質(zhì)瘤在細(xì)胞增生過(guò)程中，可能會(huì)“蓄積”新的突變，從而使其向高級(jí)別膠質(zhì)瘤轉(zhuǎn)變（惡變）。為了系統(tǒng)地了解膠質(zhì)瘤的分子病因?qū)W，美國(guó)在2008年啟動(dòng)了膠質(zhì)瘤的分子基因圖譜工程（cancer molecular atlas）。通過(guò)對(duì)膠質(zhì)瘤的DNA進(jìn)行測(cè)序，發(fā)現(xiàn)平均每個(gè)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，有高達(dá)5個(gè)分子突變。其中，NF基因是最常見(jiàn)發(fā)生突變的抑癌基因；EGFR是最常見(jiàn)的原癌基因。這些分子突變，驅(qū)動(dòng)各種信號(hào)通道的表達(dá)并構(gòu)成膠質(zhì)瘤發(fā)生、發(fā)展的分子基礎(chǔ)。
腦膠質(zhì)瘤對(duì)腦組織的影響，主要是由于腫瘤對(duì)周圍組織的擠壓以及腫瘤細(xì)胞的分泌作用所導(dǎo)致的。例如腫瘤所導(dǎo)致的水腫，一方面，可以由于腫瘤的占位效應(yīng)阻礙血液的回流從而使靜脈壓升高、水分子從血管內(nèi)向組織間隙蓄積；另一方面，可以由于膠質(zhì)瘤細(xì)胞分泌的一些因子，如血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子（VEGF，又稱血管滲透因子，vascular permeability factor, VPF），從而使血腦屏障開(kāi)放、水分子從血管腔隙向組織間隙轉(zhuǎn)移。癲癇是腦膠質(zhì)瘤患者最常見(jiàn)的癥狀之一。研究表明，膠質(zhì)細(xì)胞能夠表達(dá)絕大部分參與電沖動(dòng)的神經(jīng)遞質(zhì)以及受體；并且，膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)電沖動(dòng)的發(fā)生、傳遞、擴(kuò)布以及調(diào)節(jié)，緊密相關(guān)。這些，也即構(gòu)成膠質(zhì)瘤導(dǎo)致癲癇發(fā)作的分子病理基礎(chǔ)。
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