Khi khối u phát triển, chất dinh dưỡng được cung cấp bởi sự khuếch tán trực tiếp từ hệ tuần hoàn. Sự phát triển tại chỗ của khối u được tăng cường bởi các enzym (như enzym tiêu protein), có vai trò phá hủy mô xung quanh. Khi số lượng tế bào ung thư tăng lên, thì các tế bào ung thư này có thể sản sinh các yếu tố hình thành mạch, chẳng hạn như yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu (VEGF), thúc đẩy sự phát triển của bệnh.
Ở giai đoạn đầu của bệnh, khối u có thể giải phóng các tế bào vào hệ tuần hoàn. Từ mô hình động vật, người ta ước tính rằng với khối u 1cm có tới > 1 triệu tế bào u đi vào hệ tuần hoàn tĩnh mạch mỗi 24 giờ. Các tế bào ung thư tuần hoàn được tìm thấy ở nhiều bệnh nhân bị ung thư giai đoạn tiến triển và thậm chí ở một số ung thư giai đoạn khu trú. Mặc dù hầu hết các tế bào ung thư tuần hoàn sẽ chết đi, nhưng tế bào cơ hội có thể xâm nhập vào các mô, tạo ra di căn ở một vị trí xa. Các khối u di căn phát triển giống như ung thư nguyên phát và sau đó có thể làm phát sinh các khối u di căn khác. Hầu hết bệnh nhân ung thư chết vì di căn chứ không phải do ung thư nguyên phát.
Các thí nghiệm cho thấy khả năng xâm nhập, di chuyển, cấy ghép thành công và kích thích tăng sinh mạch máu tân tạo là các đặc tính quan trọng của tế bào di căn, giống như một tập con của tế bào u nguyên phát.