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폐암의 분류법으로는 여러 가지가 있으나 병리조직학적 분류를 많이 쓴다. 이에 따르면 편평상피암(扁平上皮癌)·선암(腺癌)·소세포암(小細胞癌)·대세포암(大細胞癌)이 대부분을 차지한다. 생기는 부위에 따라서 중심형과 말초형으로 나뉜다. 치료와 관련해서는 소세포암과 비(非)세포암으로 분류되는데 이에 따라 치료방법이 달라진다.

편평상피암은 폐암의 40~60％를 차지하며, 처음에는 작은 기관지에서 발생하여 점차 큰 기관지 쪽으로 자라나온다. 비교적 서서히 자라는 편이며 폐 밖으로 전이하는 경우는 드물다. 종양의 중심에 공동을 형성하는 것이 특징이다.

선암은 폐암의 10~25％를 차지하며 특히 비흡연자, 젊은 연령, 여성의 폐암 중 빈도가 높다. 선암은 대부분 말초기관지에서 생기며 X선 촬영상 폐실질 내에 고립성으로 존재한다. 폐결핵이나 특발성폐섬유증 등의 기존 폐질환 부위에서 발생하는 반흔암(瘢痕癌)의 대부분은 선암이다. 초기에 혈관과 림프관을 침범하여 인체의 다른 부위로 전이를 잘 일으킨다.

소세포암은 폐암 중에서 가장 악성이고 증식속도도 빨라서 폐암의 5~25％ 정도를 차지한다. 대부분 폐의 중심 부위에서 생기며 조기에 전이를 일으킨다. 원격전이를 일으키지 않고도 전신증상을 일으키는 소위 부신생물증후군(副新生物症候群)도 잘 일으킨다. 대세포암은 폐암의 약 5~15％를 차지하며 주로 폐의 말초에 나타난다. 전체적인 종양의 형태는 선암과 비슷하다. 뇌로 잘 전이한다.