Manifestasi klinis ketika metastasis otak terjadi terkait dengan lokasi metastasis dan ukuran massa. Misalnya, kompresi oleh jaringan di sekitarnya dapat menghasilkan peningkatan tekanan intrakranial dan manifestasi sakit kepala, muntah dan oedema papiler saraf optik.
Jika parenkim otak diinvasi, gejala kejiwaan, epilepsi dan gangguan sensorimotor dapat terjadi. Invasi thalamus dapat mengakibatkan kehilangan sensorik dan gerakan tak sadar. Metastasis serebelar dapat menyebabkan nistagmus dan disfungsi koordinasi motorik-tungkai. Beberapa pasien dengan metastasis meningeal dapat mengalami perburukan progresif nyeri leher dan bahu, dll.