大多数脑肿瘤病因不明，分子领域致力于了解细胞在获得恶性特征而形成肿瘤，尽管许多细胞的变化已被证实，但这些改变如何导致肿瘤的生长的过程还不十分明白。
已经作了大量的统计学及环境因素分析，但并没有显示引起脑肿瘤的确切的化学或环境的因素。
某些遗传性疾病的患者易于发生脑肿瘤，神经纤维瘤病、结节病和家族性息肉病的患者有发生脑星形细胞瘤的倾向。
在动物试验，认为病毒能导致细胞和基因改变从而导致肿瘤发生。感染E-B病毒和原发性中枢神经系统淋巴瘤有一定联系，尽管这种确切的相关因素有待继续证实。中枢神经系统淋巴瘤通常发生在免疫抑制的病人的颅内，如接受器官移植者或AIDS患者。
放疗可能引起细胞的基因损伤从而导致肿瘤。应用低剂量射线治疗小儿头皮癣，几年后发现被治疗的儿童发生头皮、颅脑肿瘤的机率较高。这种放疗导致的肿瘤恶性的可能性较大。
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