从病理形态学的观点来看，小细胞恶性肿瘤并不都是癌。既包含来源于上皮组织的癌，也包含其他组织来源的恶性肿瘤，比如小细胞恶性肿瘤中来源于上皮组织，常见的包括肺的小细胞肺癌，而其他来源的小细胞恶性肿瘤还有很多种类，主要包括神经母细胞瘤，就是神经母细胞瘤、原始神经外胚叶肿瘤等，此外，还包括很多来源于间叶组织的胚胎性横纹肌肉瘤、尤文氏肉瘤、未分化滑膜肉瘤等。
发生在骨骼和软组织的部分恶性淋巴瘤、核浆细胞骨髓瘤也属于小细胞的恶性肿瘤，还有一种恶性肿瘤叫做硬化性小圆细胞肿瘤，是近年来才被确认的一种少见的恶性肿瘤，组织结构主要是由成巢性小细胞和硬化性间质构成，以及免疫组化有特殊的上皮间叶、神经性标志物的符合表达。总之，小细胞的恶性肿瘤在光镜下常常不容易区分，组织来源也不容易确切诊断。