肺未分化癌是分化程度較差的一種肺癌的總稱。未分化癌的惡性程度高、生長快、較早發生淋巴道和血道廣泛轉移、對放療和化療均較敏感，但預後最差。根據組織學形態可分為未分化小細胞癌和未分化大細胞癌兩種類型。未分化小細胞癌常稱為小細胞肺癌，約占肺癌總數的20%，發生於支氣管近端的大支氣管，屬中心型肺癌，並多形成巨塊，癌組織較脆，在支氣管活檢或刷片檢查中均可以查到癌細胞。癌細胞生長快、侵襲力強、發展迅速、早期經淋巴道和血道轉移，並常轉移到肺、肝、骨髓、骨和腎上腺等臟器。小細胞肺癌對化療反應很好，對放療也很敏感，但預後極差。

未分化大細胞癌常稱為大細胞肺癌，因其細胞體積大，而且形態多種多樣，又可分為大細胞神經內分泌癌、複合性大細胞神經內分泌癌、基底樣癌、淋巴上皮樣癌、透明細胞癌、大細胞癌伴橫紋肌表型等六個亞型。大細胞未分化癌占肺癌總數的9%，手術切除率較小細胞肺癌高，一般五年的生存率高於小細胞肺癌，低於分化較好的肺腺癌和鱗癌。