Powstawanie naczyń krwionośnych w obrębie guzów określa się mianem angiogenezy nowotworowej. Najlepiej poznanym do tej pory jej mechanizmem, jest kiełkowanie, czyli formowanie naczyń krwionośnych z już istniejących, w wyniku proliferacji i migracji komórek śródbłonka. Głównym czynnikiem mitogennym wobec tych komórek jest czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego VEGF, działający poprzez receptory VEGFR‑2. Badania ostatnich lat dostarczyły wiedzy na temat zdolności nowotworów także do tworzenia struktur naczyniopodobnych. Zjawisko to zostało nazwane mimikrą naczyniową. Komórki tych struktur wykazują wysoką plastyczność i mogą ulegać różnicowaniu w kierunku komórek o fenotypie zbliżonym do komórek śródbłonka. Każdy z poznanych mechanizmów unaczynienia nowotworów jest wynikiem współdziałania wielu różnych czynników i komórek mikrośrodowiska guza nowotworowego. Zdolność nowotworów do heterogennego unaczynienia wymusza opracowanie kompleksowej terapii antyangiogennej, skierowanej przeciwko różnym celom molekularnym i komórkowym. Dotychczas stosowanym terapiom często towarzyszy polekowa hipoksja, która jest przyczyną wzrostu agresywności i przerzutowania komórek nowotworowych.