惡性膠質瘤((Ⅲ、Ⅳ級)如膠質母細胞瘤和間變星形細胞瘤，術后血常規、肝腎功能良好、切口愈合良好后應盡早化療。NCCN推薦放化療同步，放療前1小時，小劑量75mg/m2,連續服用42天(放療間歇期也需服用)。
放療結束后：第1周期，5/28方案，150mg/m2，如果能夠耐受，可以繼續吃5個周期。對于部分緩解的患者，6周期結束可以繼續服用，從第2周期開始劑量可增加至200mg/m2。替莫唑胺可引起淋巴細胞減少，CD4T淋巴細胞可低于200/mm3，對于放化療期間白細胞計數下降的患者，每周應監測血常規。如果血小板低于75000/mm3，中性粒細胞低于1500/mm3，可暫緩化療。
一些膠質瘤也可選用亞硝基脲類藥物，如尼莫斯汀、卡莫斯汀、洛莫斯汀和替尼泊苷或卡鉑、順鉑等藥物化療。