胸腺小细胞癌(胸腺燕麦细胞癌)发病较少。组织学和电镜检查胸腺小细胞癌与身体其他部位的小细胞癌是相似的，肿瘤细胞内含有大量的神经内分泌颗粒。胸腺小细胞癌呈浸润性生长，而且易发生远处转移。胸腺小细胞癌常和身体其他器官的内分泌肿瘤同时发生，即多发性神经内分泌肿瘤(MEN)I型综合征。