依据肺癌细胞在显微镜下的形态特点，可以初步将肺癌分为两种类型：小细胞肺癌和非小细胞肺癌。

小细胞肺癌

小细胞肺癌占肺癌的30%，近20%的肺癌患者属于这种类型。由于其细胞形态类似于燕麦颗粒，故又被称为燕麦细胞癌。小细胞肺癌常见于有大量吸烟习惯的人群，其癌细胞生长快速并且容易通过淋巴和血液转移到肝、脑等器官，预后较差。

由于小细胞肺癌患者早期即发生血行转移且对放化疗敏感，故小细胞肺癌的治疗应以全身化疗为主，联合放疗和手术为主要治疗手段。综合治疗系治疗小细胞肺癌成功的关键。

非小细胞肺癌

约80%的肺癌患者都属于非小细胞肺癌。非小细胞肺癌的治疗方案与小细胞肺癌截然不同。小细胞肺癌患者主要用化学疗法治疗，外科治疗对这种类型肺癌患者并不起主要作用，而非小细胞肺癌患者则主要适合外科治疗。

非小细胞癌还可以进一步被分为三类：

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，呈球形，靠近胸膜。引发肺腺癌的主要因素一般为被动吸烟或者环境污染，与主动吸烟并无明显关系，因而肺腺癌患者以不吸烟的女性群体为主。早期肺腺癌往往并无明显症状。尽管肺腺癌的肿瘤生长比较缓慢，但它在早期就可发生远处转移。在中国，多数肺腺癌患者适合用靶向药物。

鳞癌

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。因而鳞癌早期发现可以选择手术治疗。在各种肺癌类型中，鳞癌接受手术切除治疗的比例是最高的。

大细胞癌

大细胞癌属于较为少见的类型，半数以上起源于较大的支气管。大细胞癌的恶性程度高，体积巨大，且早期无明显症状时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诊断。

除此之外，还有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。这种肺癌则被称为混合型肺癌。