肺癌起源於支氣管黏膜上皮，也可起源於支氣管腺體或肺泡上皮。起源自黏膜上皮癌腫一般向支氣管腔內生長，或穿透鄰近管壁向外浸潤周圍肺組織。癌細胞可通過淋巴、血行或經支氣管轉移擴散。癌腫的惡性程度、生長速度和轉移擴散與肺癌的組織學型別、分化程度等生物學特性有一定關係。
肺癌位於右肺者多於左肺，上葉多於下葉。起源於主支氣管、肺葉支氣管的肺癌位置靠近肺門，稱為中心型肺癌，以鱗狀上皮細胞癌和小細胞未分化癌較多見，約佔70％;位於肺段支氣管以下的肺癌，位置在肺的周圍部分者稱為周圍型肺癌，以腺癌較多見，約佔30％。
1998年國際肺癌研究協會與世界衛生組織按細胞型別將肺癌分為9種：
1、鱗狀細胞癌；
2、小細胞癌；
3、腺癌；
4、大細胞癌；
5、腺鱗癌；
6、多型性，肉瘤樣或含肉瘤成分癌；
7、類癌；
8、唾液腺型癌；
9、未分類癌。
據統計40％-50％的病例組織學型別單一，其餘為不同型別癌的混合體。
臨床常見以下4種類型的肺癌：
1、鱗狀細胞癌（鱗癌）：約佔肺癌的40％-50％。患者年齡大多在50歲以上，男性佔多數，與吸菸密切相關。一般認為，鱗癌來自鱗狀化生或基底細胞的不典型增生，通過非典型增生、原位癌和微浸潤癌這幾個階段發展而來。然而，也可以由正常的支氣管黏膜直接發展而來。鱗癌常發生於葉支氣管和主支氣管，易發展為息肉或無蒂腫塊，阻塞管腔引起阻塞性肺炎。鱗癌分化程度不一，但一般生長速度較緩慢，病程較長，癌組織壞死後可形成癌空洞，癌細胞經淋巴管轉移到肺門、縱隔或頸部，血行轉移發生較晚。鱗癌對放射和化學療法較敏感，預後相對好。
2、小細胞癌：發病率比鱗癌低，約佔原發性肺癌的15％-20％，是肺癌中分化低、惡性程度高的一種。通常起源於較大支氣管，大多為中心型肺癌，浸潤支氣管壁，造成管腔狹窄。細胞相當於2 -4倍淋巴細胞大小，胞質少，形似裸核，核充滿染色質，核仁大小類似，形如燕麥穗粒，因而又稱為燕麥細胞癌。小細胞癌惡性程度高，生長快，較早出現淋巴和廣泛血行轉移。雖然對放射和化學療法較敏感，但預後較差。
3、腺癌：近年發病率有不斷上升，接近鱗狀細胞癌的30％。發病年齡較小，女性相對多見。多數起源於較小的支氣管上皮，常表現為周圍型肺實質腫塊，往往霍胸部X線檢查時發現。一般生長較慢，但有時早期即發生血行轉移，淋巴轉移則較晚發生。對放射和化學療法反應較差，預後較差。
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