肺未分化癌是分化程度较差的一种肺癌的总称。未分化癌的恶性程度高、生长快、较早发生淋巴道和血道广泛转移、对放疗和化疗均较敏感，但预后最差。根据组织学形态可分为未分化小细胞癌和未分化大细胞癌两种类型。未分化小细胞癌常称为小细胞肺癌，约占肺癌总数的20%，发生于支气管近端的大支气管，属中心型肺癌，并多形成巨块，癌组织较脆，在支气管活检或刷片检查中均可以查到癌细胞。癌细胞生长快、侵袭力强、发展迅速、早期经淋巴道和血道转移，并常转移到肺、肝、骨髓、骨和肾上腺等脏器。小细胞肺癌对化疗反应很好，对放疗也很敏感，但预后极差。
未分化大细胞癌常称为大细胞肺癌，因其细胞体积大，而且形态多种多样，又可分为大细胞神经内分泌癌、复合性大细胞神经内分泌癌、基底样癌、淋巴上皮样癌、透明细胞癌、大细胞癌伴横纹肌表型等六个亚型。大细胞未分化癌占肺癌总数的9%，手术切除率较小细胞肺癌高，一般五年的生存率高于小细胞肺癌，低于分化较好的肺腺癌和鳞癌。