肺癌按其細胞形態特徵和生物學行爲分爲小細胞肺癌和非小細胞肺癌兩大類型。
小細胞未分化癌
小細胞未分化癌的細胞形態類似於燕麥顆粒，故又被稱爲燕麥細胞癌。約佔所有肺癌的20%左右。多見於長期大量吸菸的男性患者，小細胞未分化癌多起源於較大的支氣管，因此大多數爲中央型肺癌。小細胞未分化癌組織分化程度低、生長快，早期就可以發生淋巴結轉移和血行轉移，且淋巴結轉移廣泛，轉移淋巴結體積往往大於肺部原發病竈。遠處轉移以腦轉移和骨轉移最爲常見。小細胞未分化癌在所有肺癌類型中預後最差。對放射治療和化學治療高度敏感，但停止治療後絕大多數會出現腫瘤復發。小細胞未分化癌的治療方案與其他類型肺癌明顯不同，強調以全身化療爲主，輔以局部放療或手術治療。
非小細胞肺癌
除小細胞未分化癌外其他類型的肺癌統稱爲非小細胞肺癌，主要有以下幾種類型：
鱗狀上皮細胞癌
簡稱鱗癌，在肺癌的各種類型中以鱗癌最爲常見，約佔所有肺癌的30～50%。鱗癌與吸菸的關係較爲密切，一般多起源於較大的支氣管，也就是說多爲中央型肺癌，鱗癌一般生長較爲緩慢，病程較長，發生遠處轉移較晚，並且通常首先經淋巴循環轉移到淋巴結，之後才發生血行轉移。在各種肺癌類型中，接受手術切除治療的比例最高。
腺癌
腺癌大多起源於較小的支氣管粘膜上皮，因此腺癌多位於肺的外周部(即周圍型肺癌)，呈球形，靠近胸膜。腺癌患者以女性多見，並且和吸菸無明顯關係。肺腺癌在疾病早期往往無明顯症狀，常常在胸部X線或胸部CT檢查時發現，腫瘤生長較爲緩慢，但在早期就可發生遠處轉移。有些肺腺癌病例是在出現遠處轉移症狀後經過系統檢查才得以明確肺癌診斷。肺腺癌的發病率近年來逐漸增高，在西方國家已經佔據所有肺癌類型的第一位，這可能與被動吸菸和大氣污染加重有一定關係。
未分化大細胞癌
未分化大細胞癌爲較爲少見的肺癌類型，半數以上起源於較大的支氣管，腫瘤惡性程度高，體積巨大，早期無明顯症狀就能發生淋巴結或血行轉移，有時在遠處轉移竈出現症狀時才能做出肺未分化大細胞癌的診斷。
此外，少數患者的肺部腫瘤中可同時存在兩種或兩種以上不同組織學類型成份。比如腺癌組織中存在鱗癌成份或鱗癌組織中有腺癌成份，小細胞未分化癌中有非小細胞癌成份。此種肺癌被稱爲混合型肺癌。
