大多数肿瘤诊断时缺乏环状结构
作为新危险分类系统中的一部分，神经母细胞瘤的分期，正逐渐演化为更简单的评价系统，而且是一个高度依赖治疗前影像学的系统。L1期是指局限性肿瘤，限于身体的一个部分，按照影响确定的危险因素列表，没有累及身体重要结构。L2期指的是含有一个或多个影像学，定义危险因素的局限性肿瘤。
M期和MS期，取代了上述国际神经母细胞瘤分期系统中的4期和4S期。依据这种分期系统，L1期肿瘤生存率为90%，L2期为78%。神经母细胞瘤的镜下表现形态多样，可以由原始的神经母细胞构成，也可完全由分化成熟的神经节细胞和施万细胞组成，或者包含各个分化阶段的细胞。，在这一谱系的较早期阶段，肿瘤细胞（如神经母细胞）是体积相对较小的细胞（直径约为小淋巴细胞的2倍），无明显细胞边界。核染色质粗糙，常可见小核仁，相对于一些其他小圆细胞肿瘤而言。神经母细胞往往呈巢状排列，其间有纤维血管分隔，钙化灶常见。神经母细胞也可密集生长，出现片状核，或被不等数的嗜酸性纤维物质分隔。
神经毡实际上是神经母细胞的细胞质突起，而非真正的细胞外质。还可以神经纤维为轴心，形成花环状结构。这种结构有助于诊断，但大多肿瘤缺乏该结构。神经母细胞也可出现间变的特征。分化较好的神经母细胞，表现出神经节分化，有明确的胞质边界，具有类似成熟神经节细胞的细胞核特征。
分化好的神经节细胞瘤，被认为是成熟的神经母细胞瘤。其细胞细胞质增加，有典型的神经节细胞的细胞核，核仁明显。这类肿瘤与正常的神经节细胞较难鉴别。随着分化走向成熟，神经毡逐渐被交错成簇的施万细胞取代。
大多数情况下，光镜下即可对神经母细胞瘤做出诊断。然而，在分化谱系的原始阶段，则尚需免疫组织化学，和（或）电子显微镜等特殊的检查辅助诊断。安德森癌症中心转诊发现，神经母细胞瘤不同程度，表达神经元特异性烯醇化酶（NSE）、嗜铬粒蛋白、突触素和酪氨酸羟化酶。
一般说来，神经母细胞瘤愈原始，其进展愈快速。为了将不同组织学形态和相应的临床特征关联起来，病理学家们建立了一种新的分类方法，将病理报告术语标准化，把每种组织学类型的预后评判为“良好”或“不良”两种类型，系统用于肿瘤分类的特征及分化程度上。