近年來，越來越多的證據表明，惡性膠質瘤的化療已進入 "替莫唑胺時代"。特莫唑胺是由Steven首次合成的，是一種含有咪唑四氮環的烷化劑抗腫瘤藥物。它本身沒有活性，但它是一種前體藥物，必須在生理水平的PH值下通過非酶途徑轉化為活性化合物MITC（5-（3-甲基三唑-1-基）咪唑-4-酰胺），進一步水解為活性代謝物才能顯示抗腫瘤活性。理論上，MTIC的抗腫瘤活性主要是通過與鳥嘌呤第六個氧原子的烷基化作用產生的，以及與鳥嘌呤第七個氮原子的次級附加烷基化作用，隨後的細胞毒性與這些異常的甲基化合物的修復有關。自20世紀90年代初以來，特莫唑胺一直被用於膠質瘤的實驗性治療。Stupp等人總結的一項多中心臨床試驗顯示，放療+替莫唑胺使膠質母細胞瘤患者的中位生存期達到14.6個月，與單獨放療的療效相比，具有明顯優勢。隨後，Hegi等人發現，DNA修復基因MGMT的沉默使接受替莫唑胺治療的膠質母細胞瘤患者的生存期明顯延長，從而開啟了通過靶向基因檢測預測替莫唑胺療效和腫瘤預後的新時代。對於沒有甲基化沉默的MGMT基因的患者，仍然需要另一種途徑來提高化療療效；MGMT基因沉默並不能阻止腫瘤耐藥和復發的發生。
另一種迅速發展的惡性膠質瘤藥物是貝伐單抗，一種針對血管活性內皮因子（VEGF）的藥物。2005年Stark-Vance公司聯合貝伐單抗和伊立替康治療複發性惡性膠質瘤的臨床試驗發現有良好的效果。在最近的幾項研究中，也可以發現這兩種藥物的聯合治療可以在PFS6和影像學變化方面比傳統化療方案有明顯的優勢。值得注意的是，使用這種方案的患者中，很少有顱內出血、血栓形成和腸穿孔等嚴重副作用的報道。貝伐單抗的抗腫瘤機制包括靶向抑制膠質母細胞瘤中大量的VEGF表達，抗腫瘤血管生成障礙從而促進化療藥物的滲透和抑制腫瘤幹細胞生長。
細胞毒性藥物伊立替康在目前的惡性膠質瘤化療方案中也有一席之地。它是一種拓撲異構酶-1抑制劑，1994年被美國食品和藥物管理局批准，主要用於結腸癌的輔助性聯合化療。自1999年Friedman等人首次將伊立替康用於惡性膠質瘤治療以來，伊立替康分別與替莫唑胺和貝伐珠單抗聯合使用，效果得到了初步評估和證實。
Zuniga等人的同類型研究取得了更好的結果，膠質母細胞瘤的中位PFS為7.6個月，PFS6為63.7%，6個月OS為78%，12個月OS為42.6%。
鉑類藥物在惡性膠質瘤的輔助化療中也發揮了作用。2010年NCCN指南中的鉑類藥物主要指順鉑和卡鉑，這兩種藥物很少單獨用於惡性膠質瘤的化療，而且有證據表明鉑類藥物並不比亞硝基脲類藥物更有效。鉑劑多與亞硝基脲類、替莫唑胺和異磷酰胺分別聯合使用，值得注意的是，鉑劑聯合使用可引入疊加毒性，應用前應評估患者的耐受性。有報道稱，使用鉑金封裝後進行局部化療治療膠質母細胞瘤，中位OS可達427.5天，是單純手術+放療組的1倍，且兩者有明顯差異；局部用藥也比全身用藥更容易耐受。
