肺癌的確切病因至今尚欠瞭解。經過多年的大量調查研究，目前公認下列因素與肺癌有密切關係。
肺癌的病因：
肺癌的病因與吸菸關係極爲密切。肺癌發病率的增長與香菸銷售量增多呈平行關係。香菸中含有苯並芘等多種致癌物質。有吸菸習慣者肺癌發病率比不吸菸者高lo倍，吸菸量大者發病率更高，比不吸菸者高20倍。20世紀末，西歐國家隨着婦女吸菸者日益增多，女性病人肺癌的發病率也明顯升高。臨牀確診的肺癌病例中.每日吸香菸20支以上，歷時30年以上着，約佔80%以上。
工業發達國家肺癌的發病率高，城市比農村高，廠礦區比居住區高，主要原因是由於工業和交通發達地區，石油，煤和內燃機等燃燒後和瀝青公路塵埃產生的含有苯並芘致癌等有害物質污染大氣有關。調查材料說明大氣中苯並芘濃度高的地區，肺癌的發病率也增高。
目前已公認長期接觸鈾、鐳等放射性物質及其衍化物、致癌性碳氫化合物、砷、鉻、鎳、銅、錫、鐵、煤焦油、瀝青、石油、石棉，芥子氣等物質，均可誘發肺癌，主要是鱗癌和未分化小細胞癌。
肺部慢性疾病，如肺結核、硅沉着病(矽肺)、塵肺等，可與肺癌並存。這些病例癌腫的發病率高於正常人。此外肺支氣管慢性炎症以及肺纖維瘢痕病變，在癒合過程中可能引起鱗狀上皮化生或增生，在此基礎上，部分病例可發展成爲癌腫。
人體內在因素.如家族遺傳，以及免疫功能降低、代謝活動、內分泌功能失調等也可能對肺癌的發病起一定的促進作用。
肺癌的病理：
(一)鱗狀上皮細胞癌 簡稱鱗癌。在各種類型的肺癌中鱗癌最爲常見，約佔50%。患者年齡大多在50歲以上，男性佔多數，且有長期大量吸菸病史。鱗癌大多起源於較大的支氣管，常爲中央型肺癌。鱗癌的分化程度高低不一，但一般生長較爲緩慢。支氣管粘膜上皮細胞長期受紙菸等有害物質的刺激和損傷，首先引致纖毛喪失和基底細胞鱗狀化生。這種癌前期不典型增生病變可持續多年，然後演變成爲原位癌，再侵襲支氣管壁其他組織。在此階段雖然痰液中可以查到癌細胞，但尚未呈現臨牀症狀。鱗癌的病程較長，較晚發生轉移，且通常首先經淋巴道轉移，到晚期才發生血道轉移。手術切除率較高，對放射及化學療法的敏感度不及未分化癌。
鱗狀上皮細胞癌的形態學特徵是細胞大，呈多邊形，胞漿較多，核染色深。分化程度較高者癌細胞呈復層排列，可見到細胞間橋和角化珠;分化程度中等者細胞大，呈多邊形，但無角化球和細胞間橋;分化程度低者則癌細胞呈小圓形或梭形，排列無層次。
電鏡檢查：見癌細胞具有張力原纖維和大量的橋粒等鱗狀細胞的特徵
(二)未分化小細胞癌 細胞形態類似燕麥穗粒，因而又稱爲燕麥細胞癌。未分化小細胞癌在各種類型的肺癌中約佔20%。發病年齡較輕，多見於男性，多數病人有吸菸史。一般起源於較大支氣管，大多爲中央型肺癌。小細胞癌分化程度低，生長快，較早出現淋巴道轉移和侵入血管經血道廣泛轉移到身體遠處器官組織，因此在各類肺癌中，小細胞癌的預後最差。小細胞癌對放射治療及/或抗癌藥物治療敏感度高。小細胞癌的細胞形態與小淋巴細胞相似，大小比較一致，密集成片，常有壞死竈。細胞核大，染色深，一端較尖，形似麥粒，核仁小而多個，胞漿很少，胞漿內可有嗜銀神經分泌顆粒，能產生五羥色胺、促腎上腺素等多肽類激素。臨牀上可呈現副癌綜合徵。從而認爲小細胞癌可能起源於支氣管粘膜上皮中的嗜銀細胞。
(三)腺癌 腺癌大多起源於較小的支氣管粘膜分泌粘液的上皮細胞，因此大多數腺癌位於肺的周圍部分，呈球形腫塊，靠近胸膜。女性病人較爲多見，發病年齡亦較小。在各類肺癌中約佔20%。腺癌與吸菸無密切關係，一部分病例癌腫發生在肺纖維疤痕病變的基礎上。腺癌在早期一般沒有明顯的臨牀症狀，往往在胸部X線檢查時發現。癌腫生長較緩慢，但有的病例較早即發生血道轉移，較常在呈現腦轉移症狀後才發現肺部原發癌腫。
分化程度較好的腺癌主要由腺體結構組成，具有腺腔或分泌粘膜，有時呈乳頭狀結構。分化程度低的腺癌可無腺腔結構，癌細胞集聚，呈片狀或索狀。腺癌細胞一般較大，胞漿豐富，含有分泌顆粒或粘液泡，胞核較大，癌細胞表面可見到豐富的微絨毛。腺癌對放射治療敏感度差。
(四)細支氣管肺泡癌 它是腺癌的一種特殊類型，發病率較低。在各類肺癌中約佔3%，女性較多見。癌腫常位於肺野周圍部分，分化程度好，生長緩慢，此型肺癌與肺部炎症引致的疤痕病變可能有密切關係，細支氣管肺泡癌起源於末梢細支氣管和肺泡的上皮組織。電鏡檢查顯示具有腺癌細胞特徵且胞漿內有嗜鋨性板層小體，因此認爲癌細胞起源於Ⅱ型肺泡細胞。細支氣管肺泡癌大多呈孤立或多個圓形結節，常累及胸膜，少數病例呈瀰漫性浸潤，遍及一個肺段、肺葉或雙側肺，形似肺炎或粟粒性結核。癌細胞沿細支氣管肺泡管和肺泡壁生長，常分泌粘液，一般呈單層排列，不侵犯肺泡間隔，因而肺泡結構仍保持完整。細支氣管肺泡癌很少經淋巴或血道轉移，但常侵累胸膜，產生胸水，或經氣道廣泛播散，引致呼吸功能衰竭。
(五)未分化大細胞癌 此型肺癌不多見，約半數起源於較大支氣管，癌腫體積較大。鏡檢癌細胞大，大小不一致，呈多邊形、圓形或梭形。胞漿豐富，胞核大，常見分裂相，不具有腺癌或鱗癌細胞的特徵。癌細胞排列不規則，呈片狀或條索狀。惡性度高，經淋巴道或血道轉移發生較早，有時在發現腦轉移後才被發現預後差。
(六)支氣管腺瘤 支氣管腺瘤是起源於支氣管粘膜下粘液腺及腺管上皮細胞的一組原發性肺、支氣管腫瘤。發病率較低，僅佔2%左右。這一組腫瘤生長緩慢，肉眼觀察邊界清楚，但常侵蝕鄰近組織，可發生遠處轉移。切除不徹底易局部復發，因此應列爲低度惡性腫瘤。支氣管腺瘤常發生於較大支氣管，腫瘤血管豐富，發病年齡小，多見於女性。常見的臨牀症狀爲咳嗽、咯血和腫瘤阻塞支氣管管腔引起的阻塞性肺氣腫、肺不張或肺部感染。
支氣管腺瘤有下列數種類型：
1.支氣管類癌 在支氣管腺瘤中最爲多見。起源於支氣管粘膜含有神經分泌顆粒的嗜銀細胞。90%發生於大的支氣管，屬中央型腫瘤，10%發生於小的支氣管屬周圍型腫瘤。
類癌主要在支氣管粘膜下生長，突入支氣管腔內則形成表面光滑含有豐富血管的息肉樣腫塊，易出血。有的病例腫瘤同時向支氣管壁內外生長，在支氣管腔內和肺內各形成腫塊，呈啞鈴狀。癌細胞小，形態相似，排列成片狀。有時形成假腺泡，胞核小，染色深，胞漿嗜酸性，含有神經分泌顆粒。臨牀上可產生咳嗽、咯血、支氣管阻塞和副癌綜合徵等症狀。支氣管類癌一般生長緩慢，病程可長達5～8年，但部分病例特別是少數不典型類癌可轉移到局部淋巴結或經血道發生遠處轉移。
支氣管類癌手術治療的效果良好，術後5年生存率可達80%以上。
2.支氣管囊性腺樣癌 亦稱圓柱型腺瘤，在支氣管腺瘤中比較少見。起源於腺管或支氣管粘膜分泌腺。大多數發生在氣管下段或近端主支氣管。惡性程度較高，常侵蝕氣管或支氣管壁及其周圍組織，可引致支氣管腔阻塞，並可有淋巴結或遠處轉移。腫瘤細胞呈篩狀排列，交織成柱狀，中央形成空隙，含嗜酸性物質。
3.粘液上皮樣癌 在各型支氣管腺瘤中最爲少見。起源於肺葉支氣管粘膜分泌腺，常呈息肉樣，表面粘膜完整，並分泌粘液。
鏡檢腫瘤由鱗狀上皮細胞和分泌粘液的柱狀細胞混合組成。惡性程度一般較低，但可侵蝕鄰近組織。
此外，少數肺癌可以在同一腫瘤的不同部位存在不同的組織學類型。較常見的是腺癌中有鱗癌組織，亦可在鱗癌中有腺癌組織或鱗癌與未分化小細胞癌並存。這一類肺癌稱爲混合型肺癌。還有爲數更少的病例，在同側肺或兩側肺內同時或先後呈現兩個或多個原發性肺癌病竈，稱爲多發性原發性肺癌。這些癌竈組織學類型互不相同，或組織學類型雖同，但病竈的起源部位不同，病變範圍亦各自獨立存在。
「肺癌的擴散和轉移」肺癌的生長速度以及擴散和轉移情況，決定於癌細胞的組織學類型和分化程度以及病人的免疫功能狀態。一般有下列數種途徑。
(一)局部直接蔓延擴散 癌腫在支氣管壁發生後可向支氣管腔內生長，引致管腔狹窄或完全阻塞。癌腫向支氣管外長大即侵入肺組織，再蔓延擴展侵及鄰近的器官組織。中央型肺癌蔓延擴展入肺門、縱隔後即可壓迫或侵犯淋巴、血管，神經以及位於縱隔的多種器官和組織。靠近肺邊緣部位的周圍型肺癌則常侵及胸膜，引起胸膜腔積液和胸壁轉移。癌腫尚可穿越肺葉間裂侵入相鄰的其它肺葉。巨大的癌腫由於中心部分缺血、組織壞死、液化，形成癌性空洞。
(二)淋巴道轉移 淋巴道轉移是支氣管肺癌常見的主要擴散途徑。未分化小細胞癌在較早階段即可經淋巴道轉移，鱗狀上皮細胞癌經淋巴道轉移甚爲多見。腺癌常經血道轉移，但亦可發生淋巴道轉移。癌細胞經支氣管和肺血管周圍的淋巴管道先侵入鄰近的肺段或肺葉，支氣管旁淋巴結，然後根據肺癌所在部位到達肺門、氣管隆突下、縱隔、氣管旁淋巴結，再累及鎖骨上、前斜角肌和頸部淋巴結。縱隔氣管旁和頸部淋巴結轉移，一般發生在肺癌的同側，左側肺癌淋巴轉移可發生在肺癌的對側，即所謂交叉轉移。肺癌侵入胸壁和膈面胸膜後，可經淋巴道轉移到腋下、頸部和上腹部淋巴結。
(三)血道轉移 肺癌發生血道轉移者病變已進入晚期。未分化癌可較早呈現血道轉移。腺癌經血道轉移較爲多見。晚期鱗狀上皮細胞癌經血道轉移亦不少見。通常癌細胞侵入肺靜脈系統，然後經左心隨體循環血流而轉移到全身各處器官和組織，最常見的轉移部位有肝、骨骼、腎上腺、腎、腦等。
(四)氣道播散 少數肺癌病例脫落的癌細胞可經氣管擴散植入同側或對側其他肺段或肺葉，形成新的癌竈。細支氣管肺泡癌較常發生氣道播散。