肺癌按其细胞形态特征和生物学行为分为小细胞肺癌和非小细胞肺癌两大类型。
小细胞未分化癌
小细胞未分化癌的细胞形态类似于燕麦颗粒，故又被称为燕麦细胞癌。约占所有肺癌的20%左右。多见于长期大量吸烟的男性患者，小细胞未分化癌多起源于较大的支气管，因此大多数为中央型肺癌。小细胞未分化癌组织分化程度低、生长快，早期就可以发生淋巴结转移和血行转移，且淋巴结转移广泛，转移淋巴结体积往往大于肺部原发病灶。远处转移以脑转移和骨转移最为常见。小细胞未分化癌在所有肺癌类型中预后最差。对放射治疗和化学治疗高度敏感，但停止治疗后绝大多数会出现肿瘤复发。小细胞未分化癌的治疗方案与其他类型肺癌明显不同，强调以全身化疗为主，辅以局部放疗或手术治疗。
非小细胞肺癌
除小细胞未分化癌外其他类型的肺癌统称为非小细胞肺癌，主要有以下几种类型：
鳞状上皮细胞癌
简称鳞癌，在肺癌的各种类型中以鳞癌最为常见，约占所有肺癌的30～50%。鳞癌与吸烟的关系较为密切，一般多起源于较大的支气管，也就是说多为中央型肺癌，鳞癌一般生长较为缓慢，病程较长，发生远处转移较晚，并且通常首先经淋巴循环转移到淋巴结，之后才发生血行转移。在各种肺癌类型中，接受手术切除治疗的比例最高。
腺癌
腺癌大多起源于较小的支气管粘膜上皮，因此腺癌多位于肺的外周部(即周围型肺癌)，呈球形，靠近胸膜。腺癌患者以女性多见，并且和吸烟无明显关系。肺腺癌在疾病早期往往无明显症状，常常在胸部X线或胸部CT检查时发现，肿瘤生长较为缓慢，但在早期就可发生远处转移。有些肺腺癌病例是在出现远处转移症状后经过系统检查才得以明确肺癌诊断。肺腺癌的发病率近年来逐渐增高，在西方国家已经占据所有肺癌类型的第一位，这可能与被动吸烟和大气污染加重有一定关系。
未分化大细胞癌
未分化大细胞癌为较为少见的肺癌类型，半数以上起源于较大的支气管，肿瘤恶性程度高，体积巨大，早期无明显症状就能发生淋巴结或血行转移，有时在远处转移灶出现症状时才能做出肺未分化大细胞癌的诊断。
此外，少数患者的肺部肿瘤中可同时存在两种或两种以上不同组织学类型成份。比如腺癌组织中存在鳞癌成份或鳞癌组织中有腺癌成份，小细胞未分化癌中有非小细胞癌成份。此种肺癌被称为混合型肺癌。
