臨床表現多為頭痛、抽搐及精神癥狀等，腫瘤生長迅速，高度惡性，病情進展一般較快，平均存活期約12個月。GBM的細胞學特點為瘤組織內見到明顯壞死灶，周圍瘤細胞呈柵欄狀排列，間質內小血管明顯增生呈花蕾狀、腎小球樣，或形成彎曲長帶狀，瘤細胞常呈多形性，易見異形多核巨細胞，習慣上常稱為多形性膠質母細胞瘤。免疫組化標記常以GFAP(+)為基礎，波形蛋白(Vimentin)(+)多提示瘤細胞分化較差，EMA、細胞因子(CK)(+)多提示瘤細胞上皮樣化生。GBM主要位于大腦半球的白質內，常侵犯額、顳、頂葉，枕葉較少見，基底節和胼胝體常受累，瘤組織可以經胼胝體侵犯對側大腦半球呈S形生長，或是經胼胝體在兩側大腦半球深部呈蝶形生長，丘腦的GBM也不少見。小兒和青年人的腦干膠質瘤大多轉變為GBM，小腦內GBM十分少見。由于腫瘤細胞高度間變和不成熟性、新生血管結構不良、血栓形成等原因，所以常有廣泛退變出血和壞死，因此腫瘤具有多形性的特征。