肿瘤异质性指的是肿瘤在生长过程中，由内在的基因变异等因素导致的肿瘤细胞群体间呈现出的多样性。比如在一些实体肿瘤中，同一肿瘤内的肿瘤细胞在形态、增殖能力、侵袭转移能力、对药物的敏感性等方面都可能存在差异。
从细胞层面看肿瘤异质性
细胞形态差异： 在显微镜下观察，肿瘤组织内的细胞大小、形状可能各不相同。有的细胞体积较大，形态不规则，有的则相对较小且形态较为一致，但整体上存在明显差别。增殖能力不同： 部分肿瘤细胞增殖速度非常快，能够在短时间内大量分裂繁殖；而另一些细胞增殖相对缓慢，它们在肿瘤组织中处于不同的增殖状态，共同构成了肿瘤细胞群体的多样性。
基因层面的肿瘤异质性
基因突变情况： 肿瘤细胞内会发生各种各样的基因突变，不同的细胞可能携带不同类型的基因突变。例如在一些肺癌患者的肿瘤组织中，不同细胞可能存在不同的驱动基因变异，如有的细胞有EGFR基因的突变，有的细胞则有ALK基因的重排等。基因表达差异： 基因的表达水平也存在差异，一些基因在某些肿瘤细胞中高表达，而在另一些细胞中低表达或者不表达。这会导致细胞的功能和特性有所不同，比如影响细胞的代谢途径、信号传导等。
肿瘤微环境带来的异质性
间质成分差异： 肿瘤微环境中的间质成分，如纤维结缔组织、血管等在不同区域有所不同。有的区域纤维组织较多，质地较硬；有的区域血管丰富程度不一样，这会影响肿瘤细胞的营养供应和代谢废物排出等情况，进而造成肿瘤细胞的异质性。免疫细胞影响： 肿瘤微环境中的免疫细胞也会对肿瘤细胞产生影响，不同区域免疫细胞的种类和数量不同，有的区域免疫细胞能够较好地识别和攻击肿瘤细胞，而有的区域免疫细胞的功能受到抑制，使得肿瘤细胞在不同微环境下呈现出不同的生物学行为，如有的肿瘤细胞更容易侵袭转移，有的则相对稳定。