Προέρχεται από το βρογχικό επιθήλιο, το οποίο έχει υποστεί προοδευτικά μεταβολές, διακρινόμενες από την πλακώδη μεταπλασία, τη δυσπλασία και το καρκίνωμα in situ, πριν από την ανάπτυξη της χωροκατακτητικής εξεργασίας. Στην πρωϊμότερη μορφή του, το καρκίνωμα in situ, το πολύστοιβο πλακώδες επιθήλιο αντικαθίσταται από κακοήθη πλακώδη κύτταρα, τα οποία δεν επεκτείνονται πέρα από τη βασική μεμβράνη.
Επειδή τα κύτταρα αυτά υφίστανται αποφολίδωση, το καρκίνωμα in situ μπορεί να αναγνωρισθεί με κυτταρολογικές εξετάσεις κατά τα πλέον πρώιμα στάδια της παθήσεως. Με την περαιτέρω ανάπτυξή του, το καρκίνωμα επεκτείνεται πέρα από τη βασική μεμβράνη και επινεμείται το βρογχικό τοίχωμα επεκτεινόμενο προς τον αυλό, όπου προκαλεί απόφραξη, ατελεκτασία και αποφρακτική πνευμονίτιδα.
Είναι γνωστό ότι ο βρογχικός βλεννογόνος δεν περιλαμβάνει πλακώδη κύτταρα. Η βαρύτητα των ιστικών μεταβολών συσχετίζεται με τη συγκέντρωση mycmRNA και/ή p53. Οι μεταλλάξεις του ογκοκατασταλτικού γονιδίου p53 φαίνεται ότι είναι συχνό φαινόμενο στον καρκίνο του πνεύμονα συχνότερο στο ΜΚΠ και σπανιότερο στο αδενοκαρκίνωμα. Σε περισσότερες από τα 2/3 των περιπτώσεων επιδερμοειδούς νεοπλασίας ανιχνεύεται συγκέντρωση p53. Η ανίχνευση των μεταλλάξεων γίνεται με διάφορες μοριακές μεθόδους, βασισμένες στην τεχνική της αλυσιδωτής αντιδράσεως πολυμεράσης ή με ανοσοϊστοχημεία.
Ο επιδερμοειδής όγκος χαρακτηριστικά αναπτύσσεται επί κυττάρων του βλεννογόνου των αεραγωγών, που υφίστανται χρόνιες βλάβες, όπως τα επιθηλιακά κύτταρα των καπνιστών ή των επαγγελματικά εκτεθειμένων εργατών. Εμφανίζεται ως λευκωπή, εξωφυτική μάζα, που μπορεί να κοιλοποιηθεί. Αντίθετα με τα αδενοκαρκινώματα, που τείνουν να μεθίστανται πρώιμα στο ΚΝΣ, το ήπαρ, τα επινεφρίδια και τα οστά, τους μεγαλοκυτταρικούς όγκους, που προτιμούν να μεθίστανται στο ΓΕΣ και το επιθετικότερο όλων μικροκυτταρικό καρκίνωμα, που κατά το χρόνο της διαγνώσεώς του αναμένεται να έχει ήδη επεκταθεί προς απομακρυσμένα οστά, το μυελό, το ήπαρ και τον εγκέφαλο, τα επιδερμοειδή καρκινώματα προτιμούν να επεκτείνονται κατά συνέχεια ιστού, προς τους στελεχιαίους βρόγχους και στην τάση τους αυτή οφείλεται η συχνή ανάπτυξη ατελεκτασιών, αιμοπτύσεων και αποφρακτικών πνευμονιών.
Τα επιδερμοειδή καρκινώματα στο μικροσκόπιο φαίνονται ως πολυγωνικά κύτταρα, διατεταγμέμενα κατά στοιβάδες, που χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη κυτταρικών γεφυρών εκ συνδετικού ιστού και φέρουν άφθονες δεσμίδες κερατίνης, οι οποίες, εξάλλου, χαρακτηρίζουν και την υψηλή ή χαμηλή διαφοροποίηση του όγκου και προκαλούν διαβρώσεις στα γειτονικά νεόπλαστα αγγεία και αιμοπτύσεις. Τα πνευμονικά επιδερμοειδή καρκινώματα είναι συνήθως χαμηλής διαφοροποιήσεως. Λόγω της υπάρξεως κερατίνης προσελκύονται λεμφοκύτταρα και πλασματοκύτταρα που συνδέονται με την ειδική ανοσολογική δραστηριότητα του όγκου. Τα λυσοσωμιακά ένζυμα των προσελκυόμενων λευκοκυττάρων προκαλούν κεντρική τήξη του όγκου, που μπορεί να πάρει την ακτινολογική μορφή του πνευμονικού αποστήματος. Παρόλο που αθρόα αιμόπτυση δεν είναι συνήθης επί πνευμονικού καρκίνου, παρατηρείται 100 φορές συχνότερα επί του επιδερμοειδούς τύπου, ιδίως μετά από ακτινοβολία. Στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο οι διακυτταρικές γέφυρες, που είναι ορατές και στο οπτικό μικροσκόπιο, αποτελούνται από δεσμοσώμια, που αποτελούν διακυτταρικές συνδέσεις που συνδέονται στο κυτόπλασμα παρακειμένων κυττάρων μέσω δεσμίδων τονοϊνιδίων. Μεγάλες συγκεντρώσεις τονοϊνιδίων προαγγέλλουν την οριστική διαφοροποίηση και το θάνατο του κυττάρου. Επί καλώς διαφοροποιημένων νεοπλασμάτων, η συγκέντρωση τονοϊνιδίων συνεπάγεται το σχηματισμό σωματίων κερατίνης, που είναι ορατές στο οπτικό μικροσκόπιο. Επί μη εντοπίσεως διακυτταρικών γεφυρών ή κερατινοποιήσεως, ο όγκος μπορεί να καταχωρηθεί ως μεγαλοκυτταρικός. Όλοι οι ιστολογικοί τύποι πνευμονικών νεοπλασμάτων φέρουν διάφορους κυτταρικούς τύπους κερατίνης με ειδικά χαρακτηριστικά, ώστε η ανίχνευση αντισωμάτων κυτοκερατίνης, καθώς επίσης ινβολουκρίνης και διαφόρων δεσμοσωμιακών πρωτεϊνών, δεν είναι ειδική. Υψηλού μοριακού βάρους κερατίνες (63.000 daltons) αναδεικνύουν επιδερμοειδή καρκινώματα υψηλής διαφοροποιήσεως, ενώ παραμένουν αρνητικές για αδενοκαρκινώματα.
Αν και το αντίθετο δεν αποκλείεται, τα επιδερμοειδή καρκινώματα συνήθως αυξάνονται αργά και απαιτούνται 3-4 χρόνια για να μεταπέσουν από την in situ μορφή τους σε κλινικά εμφανείς, διηθητικούς όγκους και, εφόσον πρόκειται περί μικρού όγκου, μπορεί να αναμένεται καλύτερη απάντηση στη θεραπεία, συχνότερα παρ΄ ότι επί άλλων ιστολογικών τύπων.