直腸癌多爲腺癌，主要是柱狀細胞、粘液分泌細胞核未分化細胞，進一步可分爲五大類，根據組織學分類選擇對其敏感的治療方法，往往能獲得滿意的療效。
1、直腸管狀腺癌
癌細胞呈管狀或腺泡狀結構，根據分化程度可分爲高分化腺癌、中分化腺癌、低分化腺癌三級，高分化腺癌癌細胞分化較好，排列整齊；中分化腺癌癌細胞分化差，大小不一致，排列不整齊；低分化腺癌癌細胞分化極差，多形性且大小不一，可形成不規則的細胞條索和癌巢。
2、直腸乳頭狀腺癌
癌組織成粗細不等的乳頭狀結構，乳頭中心索爲少量血管間質，生長方式可分爲腺癌組織向粘膜表面生長呈絨毛狀、癌腫深部腺腔擴大呈囊狀二種類型，預後較好。
3、直腸粘液腺癌
此型癌以種組織中出現大量粘液爲特徵，惡性程度較高。
4、直腸印戒細胞癌
癌腫由瀰漫成片的印戒細胞構成，細胞核深染，偏於胞漿一側，似戒指樣，惡性程度高，預後差。
5、直腸未分化癌
腫瘤內癌細胞瀰漫成片或呈團塊狀，不形成腺管狀或其它組織結構，細胞跑咧無規律，癌細胞較小，形態較一致，未分化癌惡性度高，生長快，而且較早地出現淋巴和血行廣泛轉移，對放射和化學療法較敏感，預後差。
