O diagnóstico mais elevado de cancro do pulmão é o diagnóstico patológico. Existem dois tipos principais de cancro do pulmão patológico: o cancro do pulmão de células não pequenas, que tem origem em células epiteliais (localizadas na camada interna da via aérea, que podem secretar muco e desempenhar o papel de lubrificação e protecção dos tecidos pulmonares), é o tipo principal; o outro tipo é o cancro do pulmão de pequenas células, que tem origem em células neurais ou hormonais do pulmão. O termo “pequena célula” refere-se ao tamanho e à forma das células sob o microscópio. Em geral, os doentes com diagnóstico clínico de cancro do pulmão baseado em manifestações clínicas, testes laboratoriais e especialmente imagiologia, devem ser diagnosticados patologicamente o mais cedo possível. A exploração de tórax aberto é adequada para pacientes com elevada suspeita de cancro do pulmão por imagem, mas não são encontradas células cancerosas na citologia da saliva e na traqueoscopia, e o paciente não é adequado para a punção pulmonar devido a várias razões.