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研究表明，侵袭性垂体瘤和垂体癌对替莫唑胺治疗的有效率是相同的。这是令人惊讶的，因为人们可能认为脑垂体癌更难治疗，反应率更低。病例系列显示，功能性肿瘤，尤其是泌乳素瘤和ACTH瘤对替莫唑胺的反应较好。相反，无功能肿瘤对替莫唑胺的反应较低。
人们一致认为，垂体瘤的MGMT状态需要通过免疫组织化学直接评估。在胶质母细胞瘤中，间接评估启动子甲基化状态对垂体瘤没有帮助。最初的病例报告和对小型研究系列的分析确实表明，MGMT免疫染色的低百分比和替莫唑胺反应之间存在相关性。这也是瑞典一项大型研究的发现，该研究得到了99篇文献综述和替莫唑胺病例国际调查的支持。
其他可能预测替莫唑胺反应的组织学标记是蛋白质形成错配修复(MMR)系统，尤其是MSH2 (mutS蛋白同源物2)和MSH6 (mutS蛋白同源物6)。需要一个完整的MMR系统来预测替莫唑胺的有效反应。日本的一系列病例研究表明，MSH6免疫组织化学可以预测替莫唑胺治疗的反应。然而，瑞典的病例研究系列没有复制上述复发，因此MSH2和MSH6是否有助于预测替莫唑胺反应仍是一个悬而未决的问题。
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