肺癌的病理组织学分型主要可以分为两大类：小细胞肺癌（SCLC）和非小细胞肺癌(NSCLC)。小细胞肺癌的癌细胞比较小，形态像燕麦颗粒，也称燕麦细胞癌。顾名思义，非小细胞肺癌就是除外小细胞之外的肺癌，非小细胞肺癌还可以再细分为多种类型，如鳞癌、腺癌、腺鳞癌、大细胞癌、肉瘤样癌等。
肺癌的病理组织学分型（1）鳞状细胞癌：鳞状细胞癌是出现角化和（或）细胞间桥或表达鳞状细胞分化标志的上皮性恶性肿瘤。鳞状细胞癌分为鳞状细胞癌、非特指（包括角化型、非角化型和基底样鳞癌）和淋巴上皮癌。淋巴上皮癌为低分化的鳞状细胞癌伴有数量不等的淋巴细胞、浆细胞浸润，EB病毒常常阳性，需注意与鼻咽癌鉴别。鳞状非典型增生和原位鳞癌为鳞状前体病变。
（2）腺癌：腺癌包括微浸润性腺癌（MIA）、浸润性非黏液腺癌、浸润性黏液腺癌、胶样腺癌、胎儿型腺癌和肠型腺癌。MIA是指肿瘤以贴壁型成分为主，且浸润成分最大径≤5mm。MIA肿瘤大小≤30mm且均无胸膜、支气管、脉管侵犯、肿瘤性坏死以及STAS。肺浸润性非黏液腺癌为形态学或免疫组织化学具有腺样分化的证据，常见亚型包括贴壁型、腺泡型、乳头型、微乳头型和实体型，常为多个亚型混合存在。病理诊断按照各亚型所占比例从高至低依次列出，各种亚型所占比例以5%为增量。直径＞30mm的非黏液型纯贴壁生长的肺腺癌应诊断为贴壁型浸润性非黏液腺癌。早期浸润性非黏液性腺癌分级方案由国际肺癌研究协会（IASLC）病理委员会提出。根据腺癌中占优势的组织学类型以及高级别结构的占比分成3级，1级为高分化，2级为中分化，3级为低分化。高分化为贴壁为主型无高级别成分，或者伴有＜20%高级别成分；中分化为腺泡或乳头为主型无高级别成分，或者伴有＜20%高级别成分；低分化为任何组织学类型腺癌伴有≥20%的高级别成分。高级别结构包括实体型、微乳头型、筛孔、复杂腺体结构（即融合腺体或单个细胞在促结缔组织增生的间质中浸润）。原位腺癌（AIS）指单纯贴壁生长模式的腺癌，目前，AIS和不典型腺瘤样增生（AAH）被归入腺体前驱病变。
（3）腺鳞癌：腺鳞癌指含有腺癌和鳞状细胞癌两种成分，每种成分占全部肿瘤占比≥10%。
（4）神经内分泌肿瘤：神经内分泌肿瘤包括神经内分泌瘤（NETs）和神经内分泌癌（NECs）；其中NETs包括低级别典型类癌（TC）、中级别不典型类癌（AC），NECs包括SCLC、大细胞神经内分泌癌（LCNEC）。复合型SCLC是指SCLC合并NSCLC的任何一种组织学类型。合并大细胞并且大细胞成分占比≥10%时，诊断为复合型SCLC/LCNEC或SCLC/大细胞癌（LCC），合并其他NSCLC无比例要求。复合型LCNEC指LCNEC伴其他NSCLC成分。核分裂及坏死指标是区分4种神经内分泌肿瘤类型的主要病理指标。Ki-67指数仅在小活检标本中对鉴别高级别、低级别神经内分泌癌有帮助。神经内分泌标志物NCAM（CD56）、chromograninA和synaptophysin仅用于形态学怀疑神经内分泌肿瘤的患者，TC和AC至少表达2种神经内分泌标志物，SCLC和LCNEC至少表达1种神经内分泌标志物。少部分SCLC可以无任何神经内分泌标志物表达。
类癌非特指适用于TC和AC不易区分的情况，建议标注核分裂数、有无坏死以及Ki-67指数。类癌非特指主要应用于以下情况：一些小活检或细胞学标本由于组织有限难以区分TC或AC；肺转移性类癌；一些手术标本没有提供肿瘤组织全部切片。
（5）大细胞癌（LCC）：LCC为一种未分化的NSCLC，在细胞形态、组织结构、免疫组织化学以及组织化学方面缺乏SCLC、鳞癌、腺癌，以及巨细胞癌、梭形细胞癌、多形性癌的特点，是排除性诊断。
（6）肉瘤样癌：肉瘤样癌包括多形性癌、癌肉瘤和肺母细胞瘤等，多形性癌是包含至少10%梭形或巨细胞成分的NSCLC，或完全为梭形细胞癌或巨细胞癌成分。癌肉瘤是混合肉瘤成分的NSCLC。肺母细胞瘤包含低级别胎儿型腺癌及原始间充质成分的双向分化性肿瘤。
（7）其他上皮源性肿瘤：胸部SMARCA4缺失未分化肿瘤（SMARCA4-UT）是一种高级别恶性肿瘤，主要累及成年人胸部，表现为未分化或横纹肌样表型并伴有SMARCA4缺失。细胞毒性化疗通常对该肿瘤无效。NUT癌为一种低分化癌，有15q14的NUTM1基因重排，表达睾丸核蛋白（NUT）。NUT癌极具侵袭性，大多数化疗方案无效，靶向BRD4的BET小分子抑制剂治疗NUT癌的临床研究正在进行中。
（8）转移性肿瘤：肺是全身肿瘤的常见转移部位，应注意除外转移性肿瘤。免疫组织化学有助于鉴别组织来源，如肺（TTF-1和NapsinA）、乳腺（GCDFP15、Mammaglobin和GATA-3）、肾细胞癌（PAX8和RCC）、胃肠道（CDX2和Villin）、前列腺（NKX3.1和前列腺特异性抗原）和间皮（WT-1、Calretinin、D2-40和GATA-3）等。
肺癌的组织标本有时候病理诊断只分为小细胞肺癌和非小细胞肺癌，这远远是不够的。①尽可能少使用NSCC-NOS的诊断；②当有配对的细胞学和活组织检查标本时，应综合诊断以达到一致性；③肿瘤细胞或可疑肿瘤细胞的标本，均应尽可能制作细胞学蜡块；④细胞学标本分型不建议过于细化，仅作腺癌、鳞状细胞癌、神经内分泌癌或NSCC-NOS分型即可。