正常干细胞通过积累突变获得不确定的增殖能力转化为CSCs，再由这些CSCs的不断增殖形成肿瘤。研究CSCs的调控有助于揭示肿瘤形成的分子机制。

CSCs致瘤性的根本原因是其无限增殖能力。核型非整倍体表现可能是CSCs扩增的有效机制。非整倍体可通过扩增自我更新因素并引起其分配紊乱而有助于CSCs的扩增。CSCs扩增过程的实质是非整倍体导致CSCs内永生化DNA链不断重建和扩增以及被分配紊乱的过程。非整倍体程度增加可能导致永生化DNA链重建、扩增和分配紊乱程度增加，从而CSCs扩增的机会增加，其结果是肿瘤演进。非整倍体理论较好地解释了CSCs这种不确定的有丝分裂机制。

越来越多的证据显示，在CSCs中，调节正常干细胞自我更新的信号传导通路异常导致肿瘤增殖并形成肿瘤。CSCs是癌变靶标的实验证据来自相关的信号传导通路的研究，参与CSCs自我更新和多能维持的几种信号传导通路参与造血系统、结肠以及乳腺等组织的癌变，这些通路包括Notch、Wnt、Sonic hedgehog（Shh）通路。CSCs自我更新通路激活了beta－catenin、Wnt信号通路的主要影响子。新近Ruden等认为HSP90抑制剂、Wnt信号通路和染色质重构酶可能通过干扰CSCs的形成而成为抗癌剂。异常信号传导通路不仅参与CSCs的形成，也调控着CSCs形成肿瘤。

癌基因的激活和抑癌基因的失活是CSCs不断增殖的动力。BRCA1是一个重要的乳腺癌易感基因，BRCA1突变基因携带者具有生长快、分级高和孕激素受体阴性等特征。Foulkes等认为BRCA1的重要作用是乳腺癌CSCs的调节剂。乳腺癌干细胞的不同基因突变可形成不同的临床乳腺癌亚群，如来源于雌激素受体（ER）阴性的干细胞则分化低、预后差、激素不敏感，而干细胞发生突变，部分肿瘤细胞分化成ER ^＋细胞则相对分化高、预后较好、激素较敏感。人CD34 ^＋／CD38 ^－／Lin ^－表型细胞含有少量的造血祖细胞（hematopoietic progenitor cells，HPCs），而多数为造血干细胞（hematopoietic stem cells，HSCs）。Georgantas等用Affymetrix微阵列分析，检测并比较了CD34 ^＋／CD38 ^－／Lin ^－（富含HSCs）和CD34 ^＋［CD38／Lin］＋＋（富含HPCs，无HSCs）的基因，其中可能包含了涉及白血病形成和CSCs的新基因。肿瘤相关基因可能调控着CSCs的增殖和分化。

在一些肿瘤和正常组织中，端粒酶对细胞分裂有重要作用。端粒酶对于干细胞的增殖起关键作用。肿瘤和干细胞必须通过表达端粒酶以保持端粒长度。Serakinci等将端粒酶活化催化亚单位导入人间充质干细胞，观察到这些细胞接触抑制丧失，并能引起转染小鼠肿瘤的发生，证明端粒酶的活化启动肿瘤的发生。提示端粒酶的活性是CSCs的生物特性之一。

CSCs是存在于肿瘤组织内数量较少的保持干细胞自我更新能力的一群细胞，干细胞自我更新能力的失调是发展成肿瘤的必要条件，这个新模型正在成为肿瘤研究新的热点和方向。以CSCs和它的自我更新失调节为靶点有可能为肿瘤治疗提供新的手段。在进一步明确CSCs来源及调控机制的基础上，寻找CSCs内与肿瘤发生密切相关的基因，开展靶向性或选择性杀伤CSCs从而可能根治肿瘤和防止肿瘤复发转移。