Tumor otak metastatik terbuat dari sel kanker yang menyebar melalui aliran darah dari tumor yang terletak di tempat lain di tubuh. Kanker paling umum yang menyebar ke otak adalah kanker yang berasal dari paru-paru, payudara, dan ginjal serta melanoma ganas (jenis kanker kulit).

Sel menyebar ke otak dari kanker lain dalam proses yang disebut metastasis. Metastasis proses terjadi ketika sel kanker meninggalkan jaringan kanker primer dan masuk ke sistem limfatik untuk mencapai kelenjar getah bening dan mengikuti aliran darah secara langsung. Sel kanker ini akhirnya mencapai jaringan otak melalui aliran darah dimana mereka berkembang menjadi tumor metastatik.
Tumor otak metastatik adalah jenis tumor yang paling umum ditemukan di otak dan jauh lebih sering daripada tumor otak primer. Tumor metastatik biasanya dinamai sesuai jenis jaringan dimana sel kanker asli muncul (misalnya, metastasis paru atau kanker payudara metastatik). Aliran darah otak biasanya menentukan di mana sel kanker metastatik akan masuk ke otak; sekitar 85% ditemukan di otak besar (bagian terbesar otak, terletak di bagian atas rongga tengkorak). Sayangnya, sebagian besar tumor otak metastatik menyebar secara difus (menyeluruh) di dalam otak dan ditemukan setidaknya separuh waktu di lebih dari satu situs di jaringan otak, muncul sebagai massa multipel pada pemeriksaan pencitraan diagnostik.
Sebanyak 15% dari semua jenis kanker (kecuali untuk kanker kulit non-melanoma, dan karsinoma serviks in situ) akan diperumit oleh metastasis otak.