Kanker paru-paru dibagi menjadi kanker paru-paru sel kecil dan kanker paru-paru bukan sel kecil menurut jenis patologis, di antaranya kanker paru-paru bukan sel kecil dibagi menjadi adenokarsinoma paru-paru, karsinoma skuamosa paru-paru dan kanker paru-paru sel besar. Semakin rendah tingkat diferensiasi, semakin ganas kanker paru-paru, semakin cepat berkembang dan semakin cepat bermetastasis. Kanker paru-paru skuamosa sebagian besar terjadi pada subbagian bronkus dan bronkus yang lebih besar, dan sebagian besar bersifat sentral, mudah bermetastasis ke kelenjar getah bening regional, mudah mengembangkan rongga di paru-paru, menyerang pembuluh darah dan mengembangkan hemoptisis. Adenokarsinoma paru-paru paling sering terlihat pada non-perokok atau mantan perokok dan merupakan jenis patologi yang paling umum pada pasien wanita. Adenokarsinoma paru-paru biasanya merupakan lesi perifer kecil yang lebih mungkin untuk mengembangkan kelenjar getah bening regional dan metastasis jauh, tetapi karena tumornya kecil dan cenderung tampak perifer, mereka sering tidak memiliki gejala yang jelas. Kanker paru-paru sel besar adalah persentase kanker paru-paru yang lebih rendah, tetapi lebih ganas daripada kanker paru-paru skuamosa dan adenokarsinoma paru-paru. Kanker paru-paru sel kecil dan kanker paru-paru bukan sel kecil tidak memiliki perilaku biologis yang persis sama. Kanker paru-paru sel kecil sensitif terhadap kemoterapi dan radioterapi, tetapi lebih mungkin untuk kambuh.