细胞学标本取自痰、支气管分泌物或冲洗液、支气管镜刷检标本、浆膜腔积液及细针吸取标本。镜下可分为燕麦细胞型和中间型两种类型。

燕麦细胞型在痰标本中表现为由松散排列的大小不一的细胞组成，细胞比淋巴细胞大2～4倍，胞浆极少，呈裸核样。保存完好的肿瘤细胞的核染色质呈粗颗粒状，有的还有小的可辨认的核仁 ^［17］。细胞毗邻处和核重叠处因挤压而变形，在支气管冲洗液肿瘤细胞较在痰中具有更强的粘附性，核重叠、变扁及细胞相邻处的变形更常见。在支气管镜刷检标本中肿瘤细胞的保存要优于痰和支气管冲洗液，可以观察到两种类型的核：深染或固缩的核及空泡状核。固缩核细胞来源于肿瘤的坏死区域，而空泡状核细胞则来源于肿瘤的非坏死区域。在样本中核破碎现象仍很常见，这种“人为破碎”导致的核物质污迹和条纹的形成具有诊断意义 ^［18-20］。在经皮细针穿刺标本中除上述描述的特征外，肿瘤细胞团更为常见。

中间细胞型肺小细胞癌的肿瘤细胞胞质多一些，偶见小核仁。在痰和支气管冲洗液中，中间型肺小细胞癌细胞类似与燕麦细胞型，只是细胞略大，胞浆较丰富核较大，染色质较细，固缩和坏死较经典的燕麦细胞癌要少一些，可以形成粘附性的细胞团或呈腺样分化的结构。在支气管刷检和细针穿刺标本中，中间型肺小细胞癌的癌细胞呈一致的小球性、卵圆形或长圆形，单个或几个成群，细胞核呈泡状或深染、染色质呈粗颗粒状，可见小核仁 ^［18］。空泡状和固缩的核同时出现，是这一类型肿瘤的特征表现。核不规则、大小不一致、核碎裂和坏死并不少见，但一般没有见于燕麦细胞癌的核丝。这一类肿瘤的细胞可以清楚地看见淡染的胞浆的轮廓，并且如上所述，还可以出现一些向表皮样癌和腺癌分化的特征。肿瘤中有时出现灶性的腺样或表皮样分化对治疗没有影响（图9-1和图9-2）。

近些年，由于细胞蜡块及免疫细胞化学技术的广泛应用，使细胞学诊断肺小细胞癌的准确性得以有了明显提高。目前，该技术主要应用于浆膜腔积液和细针吸取标本，镜下形态与组织学相似，可见由小的，圆形、卵圆形或梭形细胞巢构成，细胞彼此分散，也可出现“人工挤压”现象。细针吸取标本坏死较常见。免疫细胞化学抗体选择与组织学基本相同，主要抗体有CK、Vimentin、TTF1、CD56、cgA、syn、CD45、D2-40、ki67等，其中，TTF1、CD56、cgA、syn、CK有不同程度的阳性表达，ki67高表达，其余抗体用于鉴别诊断。