Передбачається, що в половині випадків РЛ пухлина росте до діаметру 1 см (1 мільярд пухлинних кліток) протягом 7 і більше років

У патогенезі і прогресії РЛ, важливу роль грають механізми паракринної і аутокринної стимуляції. При аутокринній стимуляції пухлинні клітки продукують чинники росту, які примушують їх безперервно ділитися, наприклад при недрібноклітинному раку легені (НДРЛ) можуть виділятися: епідермальний чинник росту (EGF), нейрорегулін, інсуліноподібний чинник росту 1 (IGF1), чинник росту гепатоцитів (HGF). Ці чинники вступають у взаємодію з рецепторами на поверхні пухлинної клітки, молекули-переносники передають сигнал чинникам транскрипції, які ініціюють синтез білків, стимулюючих клітинну проліферацію.

Сукупність генів пухлинної клітки можна розділити на дві групи: онкогени відповідальні за проліферацію клітки і метастазування і гени–супресори, гальмуючі процеси проліферації, стимулюючі диференціювання клітки і апоптоз. Пухлинна клітка, унаслідок ряду причин (мутації, неправильний обмін хромосомами і генетичною інформацією), містить дефектну генетичну інформацію, слідством чого є активація онкогенів, стимулюючих процеси клітинного ділення, пухлинного росту і метастазування. В той же час, пригнічується діяльність генів-супресорів, що перешкоджають безконтрольній клітинній проліферації.

При НМРЛ виявлені також різні генетичні порушення процесів передачі внутріклітинного сигналу, зокрема:

 - пухлинні клітки експресують значно більше число рецепторів епідермального чинника росту, ніж нормальні клітини епітелію бронхів, особливо при плоскоклітинному раку;

- при аденокарциномі спостерігається підвищений вміст на мембрані пухлинної клітки рецептора – p185 і підвищена експресія гена erbB2 (HER2/neu), що кодує цей рецептор (вказані зміни прямо пов'язані з низьким виживанням і можуть бути маркером лікарської резистентності пухлини).

 - у 20 – 30% хворих є точкова мутація гена RAS, в результаті якої активізується білок Ras, стимулюючий клітинну проліферацію (мутація гена Ras є наслідком дії нітрозоамінів тютюнового диму).

- у 50% хворих плоскоклітинним раком спостерігається гіперекспресія або ампліфікація гена MYC, що приводить до стимуляції процесів проліферації пухлинної клітки.