惡性腦膜瘤生長快腫瘤多向四周腦內侵入，使周圍腦組織膠質增生。隨著反復手術切除鶒，腫瘤逐漸呈惡變，最后可轉變為腦膜肉瘤。其中良性腦膜瘤中的血管母細胞瘤最常發生惡變。世界衛生組織(WHO)根據組織病理學特點，將腦膜瘤分為4級健康搜索，其中3級為惡性腦膜瘤，4級為肉瘤。
分級的依據有6個標準：細胞數增多，結構消失，核多形性有絲分裂指數局部壞死和腦組織受侵犯這6個標準除腦受侵犯外每個標準又分為4級，即0～3級，腦受侵為1分無為0分。總分在7～11為3級屬惡性腦膜瘤，＞11分為4級屬肉瘤也有人認為腦膜肉瘤不屬腦膜瘤。惡性腦膜瘤病理特點是細胞數增多細胞結構減少，細胞核多形性并存在有絲分裂瘤內有廣泛壞死。惡性腦膜瘤可發生顱外轉移，主要轉移至肺(占35%)骨骼肌肉系統(17.5%)以及肝和淋巴系統。轉移可能與手術操作有關。此外，腫瘤侵犯靜脈竇、顱骨、頭皮，也可能是造成轉移的原因。另外惡性腦膜瘤也可經腦脊液播散種植。有人認為惡性腦膜瘤的轉移至少占腦膜瘤的1/1000。