Due sono i tipi principali di carcinoma polmonare, che si comportano e rispondono al trattamento in maniera molto diversa, e precisamente:

• carcinoma polmonare a piccole cellule: deve il nome alle piccole dimensioni che evidenziano le cellule tumorali al microscopio. Ha una stretta relazione con il fumo e raramente si riscontra in una persona che non abbia mai fumato; è caratterizzato da spiccata aggressività e rapidità di crescita e dà origine in poco tempo a metastasi a distanza;
• carcinoma polmonare non a piccole cellule: si distinguono tre tipi istologici principali:
  • carcinoma a cellule squamose: origina dalle cellule che rivestono le vie respiratorie ed è spesso causato dal fumo;
  • adenocarcinoma: si sviluppa dalle cellule che secernono il muco, le quali si possono riconoscere anche nella mucosa che riveste le vie respiratorie. È attualmente il tipo più diffuso;
  • carcinoma a grandi cellule: il nome deriva dalle grandi dimensioni che evidenziano le cellule tumorali al microscopio.

Circa il 15-20% (circa 1 caso su 5) dei casi di carcinoma polmonare è del tipo a piccole cellule, tutti gli altri sono non a piccole cellule. In alcuni casi, tuttavia, non è possibile stabilire a quale tipo istologico appartengono le cellule neoplastiche, in particolare se la quantità di tessuto esaminata al microscopio è scarsa.

Il polmone può essere interessato anche da altri tipi di tumore quali il carcinoide e il sarcoma dei tessuti molli, ma sono molto meno diffusi.