Việc điều trị ung thư não di căn phụ thuộc tùy vào tình trạng sức khỏe của bệnh nhân, kích thước khối u, ung thư lành tính hay ác tính... Mục tiêu có thể là chữa lành hoặc làm giảm các triệu chứng của ung thư.

1. Phẫu thuật loại bỏ ung thư di căn

Có hai dạng phẫu thuật:

• Sinh thiết: lấy một mảnh nhỏ của khối u để khẳng định chính xác bản chất của khối u hoặc để giúp chẩn đoán khối u nguyên phát nếu vẫn chưa được xác định.
• Cắt bỏ: được khuyến khích nếu sức khỏe của bệnh nhân tốt, không có di căn ở các phần khác của cơ thể, ung thư nguyên phát không phản ứng dương tính đối với xạ trị và chỉ có một khối u di căn độc lập có thể được tiếp cận qua phẫu thuật mà không gây tổn thương thần kinh quá mức. Cắt bỏ thường được tiếp tục bằng xạ trị toàn bộ não.

2. Xạ trị

Xạ trị là phương pháp phóng xạ giết chết các tế bào ung thư  trực tiếp hoặc can thiệp vào sự phát triển của chúng. Có 2 loại xạ trị hiện nay:

• Xạ trị thông thường: Toàn bộ não bị bức xạ trong 1-2 tuần. Đây có thể là phương pháp điều trị duy nhất dành cho bệnh nhân ung thư hạch lympho hay ung thư phổi tế bào nhỏ bởi vì những bệnh ung thư này rất nhạy với phóng xạ. Bức xạ toàn bộ não thường theo sau phẫu thuật cắt bỏ. 60-80% các bệnh nhân phản ứng với xạ trị cho thấy sự thuyên giảm các triệu chứng.
• Xạ phẫu: Các máy Gamma Knife sử dụng 201 chùm tia gamma hẹp, nhằm chính xác vào các khối u từ nhiều hướng vòng quanh đầu. Mỗi phần của não nơi các chùm tia đi qua chỉ nhận được một lượng nhỏ trong tổng liều, trong khi cho phép một liều lớn được chuyển đến khối u. Phương pháp này đòi hỏi phải biết được vị trí chính xác của khối u, và được gắn một vòng đặc biệt (khung tiếp xúc Leksell) vào đầu dưới sự gây tê cục bộ và quét MRI với khung tiếp xúc (stereotactic) đã được đặt vào chỗ.

Xạ phẫu là phương pháp thích hợp cho di căn có đường kính 3cm hoặc ít hơn. Không cần phải nhập viện và không có nguy cơ nhiễm trùng hoặc các biến chứng phẫu thuật. Tuy nhiên nó không cung cấp cơ hội để xác nhận chẩn đoán mô học, các kết quả của việc điều trị không phải là ngay lập tức.

3.Hóa trị

Hóa trị được khuyến khích cho di căn dịch tủy sống và vẫn còn đang được kiểm tra để sử dụng đối với các khối u di căn não. Nếu khối u nguyên phát phụ thuộc vào kích thích tố, kích thích tố hoặc thuốc chặn kích thích tố có thể được sử dụng. Ung thư vú phản ứng dương tính với estrogen được điều trị với tamoxifen, cũng đồng thời làm thu nhỏ các khối u di căn. Ung thư di căn tuyến tiền liệt cũng có thể được chữa trị bằng kích thích tố. Steroid có thể có hiệu quả ở bệnh nhân bị ung thư hạch lympho.

4. Steroids

Steroid như Dexamethazone, có hoạt tính nhanh chóng làm giảm các triệu chứng của chứng tăng áp lực nội sọ do sưng não đi kèm với khối u di căn não, nhưng không giết chết các tế bào ung thư. Cải tiến đáng chú ý trong vòng 6-24 giờ. Liệu pháp này có hiệu lực trong sáu mươi đến tám mươi phần trăm bệnh nhân có khối u di căn não. Steroid thường xuyên được kê toa trong quá trình xạ trị để giảm sưng tấy gây ra bởi bức xạ. Sử dụng steroid được theo dõi của bác sĩ vì những tác dụng phụ tiềm ẩn của nó như đau dạ dày và xuất huyết, làm nặng thêm bệnh tiểu đường, giảm khả năng kháng nhiễm của cơ thể...