少枝胶质细胞性肿瘤一般发生在大脑半球的浅表，比同级别星形细胞瘤更容易向皮质浸润，甚至可以呈蘑菇样生长，通过脑表与硬膜粘连而被误认为脑膜瘤。多数少枝胶质细胞性肿瘤生长缓慢，并可以出现囊变及坏死。自发性出血倾向可使临床症状突然恶化。半数以上肿瘤出现钙化，一般呈条索状，常发生在血管壁内，也见于瘤周脑组织中。肿瘤有时出现广泛的脑膜和脑室播散，而与病理级别无关，主要由于肿瘤邻近脑脊液循环通路，或由手术引发。

少枝胶质细胞瘤由均匀一致的细胞组成，无突起，细胞密度低至中等，细胞间存在神经纤维网。细胞核呈圆或卵圆形，核深染，周围胞质清晰，描述为“煎蛋样”形态。这种特征性的细胞形态是经福尔马林固定后、在切片制作过程中产生的，冰冻切片不能见到。肿瘤存在网状的薄壁毛细血管是另一个特征性表现。枝芽状的血管结构将肿瘤细胞分隔成肿瘤细胞群，有时见到少枝胶质细胞瘤同周围正常的白质有明显的边界，甚至被误认为转移瘤。

目前公认为少枝胶质细胞瘤中缺失1号染色体短臂（1p）和19号染色体长臂（19q）者，对放疗或化疗反应性良好。然而，对于未进行进一步放疗或化疗的患者，不管是否有1p/19q的缺失，其生存期并无显著差别。这些资料提示1p/19q的缺失可作为基因治疗的疗效指标之一。另外，与额叶、顶叶相比，颞叶的少枝胶质细胞瘤中1p/19q的缺失发生率相对较低，也预示着颞叶肿瘤的预后可能稍差。由于启动子甲基化导致6氧-甲基鸟嘌呤-甲基转移酶（MGMT）基因的失表达，造成了肿瘤细胞中MGMT蛋白的缺失。该蛋白的缺失已被证明与星形细胞瘤的烷化剂化疗良好的反应性有关。目前MGMT启动子甲基化在少枝胶质细胞瘤中究竟扮演何种角色，并没有完全搞清楚。但普遍认为，它应该与肿瘤的化疗敏感性相关。

间变性少枝胶质细胞瘤组织学上为恶性，可以出现中枢神经系统外转移。肿瘤具有可辨认的少枝胶质细胞瘤成分，同时具有下述部分或全部间变的特点：细胞密度增高、明显的细胞非典型性、有丝分裂活跃、微血管增殖和坏死。需要注意的是，在间变性少枝胶质细胞瘤中出现微血管增殖和假栅栏样坏死，并不诊断胶质母细胞瘤。少枝胶质细胞瘤出现间变并不意味着肿瘤迅速生长，这点不同于星形细胞肿瘤。间变性少枝胶质细胞瘤比少枝胶质细胞瘤更具有侵袭性。

少枝胶质细胞性肿瘤由于可以起源于具有向星形细胞和少枝胶质细胞分化潜能的多能细胞，因而许多少枝胶质细胞肿瘤具有混合胶质细胞的成分，尤其是星形细胞。如果仅包含有10%～25%少枝胶质细胞以外的胶质细胞成分就只诊断为少枝胶质细胞肿瘤。

少枝胶质细胞性肿瘤尚无可靠的诊断性的免疫组织化学标志。肿瘤中所包含的小肥胖细胞和胶质纤维性少枝胶质细胞都可以表现为GFAP阳性。所以，GFAP阳性并不排斥少枝胶质细胞瘤的诊断。