肺癌的組織學分類目前尚無一致的意見，按癌細胞形態特徵通常將肺癌分為下列主要幾種型別：
1、鱗狀上皮細胞癌簡稱鱗癌。在各種型別的肺癌中鱗癌最為常見，約佔50％。鱗癌大多起源於較大的支氣管，常為中央型肺癌。鱗癌的分化程度高低不一，但一般生長較為緩慢。鱗癌的病程較長，較晚發生轉移，且通常首先經淋巴道轉移，到晚期才發生血道轉移。手術切除率較高，對放射及化學療法的敏感度不及未分化癌。
2、未分化小細胞癌細胞形態類似燕麥穗粒，因而又稱為燕麥細胞癌。未分化小細胞癌在各種型別的肺癌中約佔20％。發病年齡較輕，多見於男性，多數病人有吸菸史。一般起源於較大支氣管，大多為中央型肺癌。小細胞癌分化程度低，生長快，較早出現淋巴道轉移和侵入血管經血道廣泛轉移到身體遠處器官組織，因此在各類肺癌中，小細胞癌的預後最差。小細胞癌對放射治療及／或抗癌藥物治療敏感度高。
3、腺癌腺癌大多起源於較小的支氣管粘膜分泌粘液的上皮細胞，因此大多數腺癌位於肺的周圍部分，呈球形腫塊，靠近胸膜。女性病人較為多見，發病年齡亦較小。在各類肺癌中約佔20％。腺癌與吸菸無密切關係，一部分病例癌腫發生在肺纖維疤痕病變的基礎上。腺癌在早期一般沒有明顯的臨床症狀，往往在胸部X線檢查時發現。癌腫生長較緩慢，但有的病例較早即發生血道轉移，較常在呈現腦轉移症狀後才發現肺部原發癌腫。
4、細支氣管肺泡癌它是腺癌的一種特殊型別，發病率較低。在各類肺癌中約佔3％，女性較多見。癌腫常位於肺野周圍部分，分化程度好，生長緩慢，此型肺癌與肺部炎症引致的疤痕病變可能有密切關係。細支氣管肺泡癌大多呈孤立或多個圓形結節，常累及胸膜，少數病例呈瀰漫性浸潤，遍及一個肺段、肺葉或雙側肺，形似肺炎或粟粒性結核。癌細胞沿細支氣管肺泡管和肺泡壁生長，常分泌粘液，細支氣管肺泡癌很少經淋巴或血道轉移，但常侵累胸膜，產生胸水，或經氣道廣泛播散，引致呼吸功能衰竭。
5、未分化大細胞癌此型肺癌不多見，約半數起源於較大支氣管，癌腫體積較大，惡性度高，經淋巴道或血道轉移發生較早，有時在發現腦轉移後才被發現預後差。
6、支氣管腺瘤支氣管腺瘤是起源於支氣管粘膜下粘液腺及腺管上皮細胞的一組原發性肺、支氣管腫瘤。發病率較低，僅佔2％左右。這一組腫瘤生長緩慢，肉眼觀察邊界清楚，但常侵蝕鄰近組織，可發生遠處轉移。切除不徹底易區域性復發，因此應列為低度惡性腫瘤。支氣管腺瘤常發生於較大支氣管，腫瘤血管豐富，發病年齡小，多見於女性。常見的臨床症狀為咳嗽、咯血和腫瘤阻塞支氣管管腔引起的阻塞性肺氣腫、肺不張或肺部感染。
支氣管腺瘤有下列數種類型：
（1）支氣管類癌在支氣管腺瘤中最為多見。起源於支氣管粘膜含有神經分泌顆粒的嗜銀細胞。90％發生於大的支氣管，屬中央型腫瘤，10％發生於小的支氣管屬周圍型腫瘤。類癌主要在支氣管粘膜下生長，突入支氣管腔內則形成表面光滑含有豐富血管的息肉樣腫塊，易出血。有的病例腫瘤同時向支氣管壁內外生長，在支氣管腔內和肺內各形成腫塊，臨床上可產生咳嗽、咯血、支氣管阻塞和副癌綜合徵等症狀。支氣管類癌一般生長緩慢，病程可長達5～8年，但部分病例特別是少數不典型類癌可轉移到區域性淋巴結或經血道發生遠處轉移。支氣管類癌手術治療的效果良好，術後5年生存率可達80％以上。
（2）支氣管囊性腺樣癌亦稱圓柱型腺瘤，在支氣管腺瘤中比較少見。起源於腺管或支氣管粘膜分泌腺。大多數發生在氣管下段或近端主支氣管。惡性程度較高，常侵蝕氣管或支氣管壁及其周圍組織，可引致支氣管腔阻塞，並可有淋巴結或遠處轉移。
（3）粘液上皮樣癌在各型支氣管腺瘤中最為少見。起源於肺葉支氣管粘膜分泌腺，常呈息肉樣，表面粘膜完整，並分泌粘液。此外，少數肺癌可以在同一腫瘤的不同部位存在不同的組織學型別。較常見的是腺癌中有鱗癌組織，亦可在鱗癌中有腺癌組織或鱗癌與未分化小細胞癌並存。這一類肺癌稱為混合型肺癌。還有為數更少的病例，在同側肺或兩側肺內同時或先後呈現兩個或多個原發性肺癌病灶，稱為多發性原發性肺癌。這些癌灶組織學型別互不相同，或組織學型別雖同，但病灶的起源部位不同，病變範圍亦各自獨立存在。
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