收集支气管肺的脱落细胞或通过支气管镜检查获取病变部位的细胞，制成细胞学涂片，显微镜下观察，做出病理诊断的技术。
肺细胞病理学主要用于诊断肺的原发性或转移性恶性肿瘤，有助于明确肿瘤的分期。一些感染性疾病和良性肿瘤也可以通过细胞学诊断。
肺脱落细胞学包括痰细胞学、支气管镜刷检细胞学和支气管肺泡灌洗液。痰细胞学有助于诊断中央型肺癌，尤其是小细胞癌和鳞癌。它的优点是无创，易于获得，且可反复进行。缺点是不能准确诊断转移性病变、腺癌和淋巴瘤，无法诊断肺的外周型肿瘤和良性肿瘤。至少送检5次晨起痰标本，有助于提高肿瘤诊断的阳性率。在支气管镜检查时，可以通过冲洗或刷检获取细胞学标本。它的优点在于病变定位，直接从病变位置取材。支气管镜下刷检应在支气管镜活检之前进行，以防止出血污染组织标本。支气管肺泡灌洗液是经支气管镜取样，获取远端呼吸道及肺泡腔内的细胞、吸入性颗粒及感染性病原体，进行疾病诊断。支气管肺泡灌洗液用于评估弥漫性病变、间质性肺疾病、肺出血、淋巴增殖性疾病、恶性肿瘤。最常用于免疫抑制患者怀疑有机会感染。
肺细针穿刺细胞学包括经皮肺穿刺细胞学和经支气管针吸细胞学，它的优点是安全性高，副作用少，且定位明确，诊断率高。经皮肺穿刺细胞学检查是在CT下定位，在B超或CT引导下，细针抽取病变部位的细胞，进行病理学检查。主要适用于外周型肺癌的诊断。超声引导下的经支气管针吸活检用于检测支气管黏膜下的肿瘤，也可以从肺门、纵隔和隆凸下的肿块或淋巴结吸取细胞，用于明确病变性质或肿瘤分期。细针穿刺细胞学检查也有一些副作用，比如气胸、咯血。