胸腺小细胞癌的细胞学标本表现为疏松的和不规则的或合胞体样的细胞簇，也可表现为单个肿瘤细胞呈线状排列。在粘附性细胞聚集物中可观察到明显的核切迹，并且核分裂象易见。每一个肿瘤细胞的核/浆比较高，外形呈卵圆形至不规则形。固定良好的细胞特征是可见到细颗粒状均匀分布的染色质，呈典型的“椒盐状”外观，而固定不好的细胞可见染色质呈无结构状且深染，缺乏明显的核仁或极少见。由于恶性细胞核的脆性，在所有类型的切片上常可见到条纹状染色质，特别是在抽吸活检和刷取标本中。另外，切片背景中常存在凋亡小体和颗粒性坏死碎屑。
