Molekulárně genetická charakterizace Wilmsova tumoru hraje důležitou roli v osvětlení genetických aspektů nádorového onemocnění obecně. Na rozdíl od geneze retinoblastomu, kde je při dvou zásazích inaktivován jediný gen, jsou biologické signalizační dráhy podmiňující vznik Wilmsova tumoru je ztráta heterozygozity na krátkém raménku chromozómu 11 nejčastější genetickou alterací, což svědčí o vyřazení jednoho nebo několika nádorových supresorových genů, které jsou lokalizovány v oblasti 11p.
Nejlépe prostudovaným genem Wilmsova tumoru je gen WT1, který byl klonován a sekvenován. Biologická funkce proteinu WT1 je komplexní a pravděpodobně vyžaduje interakci s jinými proteiny, DNA, ale i RNA.
Do rozvoje nádorů jsou zahrnuty nejen změny genetické, nýbrž i epigenetické, např. hypermetylace promotoru a genomový imprinting.