直肠癌多为腺癌，主要是柱状细胞、粘液分泌细胞核未分化细胞，进一步可分为五大类，根据组织学分类选择对其敏感的治疗方法，往往能获得满意的疗效。
1、直肠管状腺癌
癌细胞呈管状或腺泡状结构，根据分化程度可分为高分化腺癌、中分化腺癌、低分化腺癌三级，高分化腺癌癌细胞分化较好，排列整齐；中分化腺癌癌细胞分化差，大小不一致，排列不整齐；低分化腺癌癌细胞分化极差，多形性且大小不一，可形成不规则的细胞条索和癌巢。
2、直肠乳头状腺癌
癌组织成粗细不等的乳头状结构，乳头中心索为少量血管间质，生长方式可分为腺癌组织向粘膜表面生长呈绒毛状、癌肿深部腺腔扩大呈囊状二种类型，预后较好。
3、直肠粘液腺癌
此型癌以种组织中出现大量粘液为特征，恶性程度较高。
4、直肠印戒细胞癌
癌肿由弥漫成片的印戒细胞构成，细胞核深染，偏于胞浆一侧，似戒指样，恶性程度高，预后差。
5、直肠未分化癌
肿瘤内癌细胞弥漫成片或呈团块状，不形成腺管状或其它组织结构，细胞跑咧无规律，癌细胞较小，形态较一致，未分化癌恶性度高，生长快，而且较早地出现淋巴和血行广泛转移，对放射和化学疗法较敏感，预后差。
