胶质母细胞瘤的治疗通常需要综合多种手段。一般来说，手术结合放化疗是常见的治疗模式。手术方面，尽可能地切除肿瘤组织，不过由于胶质母细胞瘤侵袭性强，完全切除往往比较困难。
手术治疗
最大范围安全切除： 手术的首要目标是在最大程度上切除肿瘤，同时最大程度地保护患者的神经功能。例如，对于大脑半球的胶质母细胞瘤，通过开颅手术，借助显微镜等设备，仔细分离肿瘤与周围正常组织，争取切除更多肿瘤。
放射治疗
术后辅助放疗： 多数患者在手术后需要进行放射治疗。一般会采用外照射放疗，总剂量通常在54 - 60Gy左右，分30 - 33次照射完成。放疗可以杀灭残留的肿瘤细胞，延缓肿瘤复发。同步放化疗： 在放疗的同时，常常同步使用替莫唑胺化疗。替莫唑胺是一种口服的烷化剂类化疗药物，能与放疗协同发挥作用，提高治疗效果。
化学治疗
替莫唑胺化疗： 除了同步放化疗时使用替莫唑胺，在放疗结束后，还需要进行6个周期左右的替莫唑胺辅助化疗。通常是口服给药，按照特定的方案进行，能进一步控制肿瘤生长。其他化疗药物： 对于一些复发或不耐受替莫唑胺的患者，可能会尝试其他化疗药物，但相对来说应用不如替莫唑胺广泛，需要根据患者具体情况来选择。
靶向治疗与免疫治疗
靶向治疗： 目前针对胶质母细胞瘤的靶向治疗药物也在不断研究中，比如一些针对肿瘤血管生成等靶点的药物，但临床应用还相对有限。免疫治疗： 免疫治疗在胶质母细胞瘤领域也有探索，不过目前整体疗效还需要更多临床研究来验证，部分免疫治疗药物还处于临床试验阶段。