W komórkach raka płuca wykazano obecność wielu zmian genetycznych, które są uwalane za konieczne dla definitywnego rozwoju złośliwego fenotypu. Zmiany te dotyczą ekspresji protoonkogenów, zaburzeń czynności czynników wzrostu i ich receptorów, utraty funkcji genów supresorowych, aktywacji angiogenezy oraz ekspresji aktywacji telemerazy. Ponadto część raków wykazuje
zróżnicowanie neuroendokrynne.