根据各型肺癌的分化程度和形态特征，目前将肺癌分为两大类，即小细胞肺癌和非小细胞肺癌，后者包括鳞癌、腺癌、大细胞癌。
1、小细胞未分化癌（简称小细胞癌）：这是肺癌中恶性程度最高的一种，约占原发性肺癌的1/5。病人年龄较轻，多在40～50岁左右，有吸烟史。好发于肺附近的大支气管，倾向于粘膜下生长，常侵犯支气管外肺本质，容易与肺门、纵膈淋巴腺融合成团块。癌细胞生长快，侵袭力强，远处转移早，常转移至脑、肾上腺、肝、骨等脏器。本型对放疗和化疗比较敏感。癌细胞有多种形态，如淋巴样、梭形、燕麦样等，又分燕麦细胞型、中间细胞型和复合型，免疫组化及特别的肿瘤标志物，认为是属于神经内分泌源性肿瘤。
2、鳞状上皮细胞癌（简称鳞癌）：是最常见的类型，约占原发性肺癌的40%～50%，多见于老年男性，与吸烟关系非常密切。以中央型肺癌多见，并有向管腔内生长的倾向，常早期造成支气管狭窄，引起肺不张，或阻塞性肺炎。癌组织易变性、坏死，形成空洞或癌性肺脓肿。鳞癌生长缓慢，转移晚，手术切除的机会相对多，5年生存率较好，但放射治疗、化学药物治疗不如小细胞未分化癌敏感。
鳞癌细胞大，呈多形性，有角化倾向，细胞间桥多见，常呈鳞状上皮样排列。电镜见癌细胞间有桥粒联接，张力微丝附着。有时偶见鳞癌和腺癌混合存在称混合型肺癌（鳞腺癌），也有其他混合型。
3、腺癌：女性多见，与吸烟关系不大，多生长在肺边缘小支气管的黏液腺，因而，在周围型肺癌中以腺癌为最常见。腺癌约占原发性肺癌的25%。腺癌倾向于外生长，但也可沿肺泡壁蔓延，常在肺边缘部形成直径2～4cm的肿块。腺癌含有非常多的血管，故局部浸润和血行转移较鳞癌早。易转移至肝、脑和骨，更容易累及胸膜而造成胸水。
细支气管肺泡癌属腺癌的一个亚型，占肺癌的2%～5%，发病年龄较轻，与吸烟关系不大，大体形态可分为单个结节型、多发结节型和弥漫型，单个结节型中部分病灶生长极缓慢，弥漫型可侵及一侧肺或双侧肺野。典型的癌细胞多为分化好的柱状细胞，沿支气管和肺泡 壁表面蔓延，不侵犯或破坏肺的结构，肺泡内常有黏液样物沉积。
4、大细胞未分化癌（大细胞癌）：可发生在肺门附近或肺边缘的支气管，细胞较大，但大小不一，常呈多角形或不规则形，呈实性巢状排列，常见大片出血性坏死；癌细胞核仁明显，核分裂象常见，胞质丰富，可分巨细胞型和透明细胞型。巨细胞型癌细胞团周围常有多核巨细胞和炎性细胞浸润。透明细胞型易误认为转移性肾腺癌。大细胞癌转移较小细胞未分化癌晚，手术切除机会较多。