在显微镜下构成肾癌的主要细胞是透明细胞。这些细胞的核小而染色很深。胞浆透明含有丰富的脂质和糖原。另一类是颗粒细胞（又称暗细胞），这种细胞的胞浆充满细小的颗粒。８０％左右的肿瘤组织由透明细胞或透明细胞和颗粒细胞混合组成。一般认为如颗粒细胞比较活跃，其恶性程度就较透明细胞为高。有时肾癌细胞可形成乳头状，称为乳头状腺癌，细胞核染色较深但分裂相不多，这种肾癌较易出血。此外还可有恶性程度很高的未分化癌。细胞呈梭形，核较大，分裂相很多，呈肉瘤样结构。
肾癌可通过原发肿瘤逐步向邻近组织和器官侵犯而播散，也可通过淋巴管或静脉向外转移。
低度恶性的肿瘤常保持完整的包膜，虽然体积巨大，仍可没有转移。恶性较高的肾癌，虽肉眼看来肿瘤包膜完整，但在显微镜下癌细胞往往已浸润和穿出包膜，随着肿瘤的长大而侵入肾周围脂肪。肾癌的继续向外发展可穿破肾周围筋膜而侵入邻近器官，其中较常见者为结肠。此外，尚可侵入肝、脾、胰腺、肾上腺及横膈等。向内侵入肾盂后常发生血尿，在肾盂造影图上的表现类似肾盂肿瘤。
据统计，有２５％左右的肾癌都有淋巴结转移，主要是肾蒂、主动脉及下腔静脉周围的淋巴结（区域淋巴结）。
肾癌有向静脉侵入的倾向。在静脉（肾内静脉、肾静脉及下腔静脉）内形成癌栓，并可通过静脉向远处转移。肾癌的转移可早可晚。少数恶性很高的肾癌在原发肿瘤体积还很小或还没有被发现时已有远处转移。也有些病例在肾癌切除多年之后可出现转移。
Ｂｅnｎｉｎgtoｎ和Ｋradjian报道在５２３例有转移的患者中，５５％有肺转移，３３％有淋巴结转移，３３％有肝转移，３２％有骨转移，１９％有肾上腺转移，１1％有对侧肾转移，５％有脑转移，５％有心脏转移。肿瘤直径达１０～２０ｃｍ者，多数已向外侵犯或转移。
为了较准确地估计治疗肾癌的效果以及判断其预后，一般可依据手术结果的病理分期进行推测。过去都按Floｃｋs和Ｋａdesｋｙ的分期方法，后来Ｒobsoｎ和同事们作了改进，分成下列４期：第Ｉ期：肿瘤局限于肾包膜之内，肾周围脂肪、肾静脉及区域淋巴结未受侵犯。第Ⅱ期：肿瘤已侵入肾周围脂肪，但尚局限于肾周围筋膜之内，肾静脉及区域淋巴结未受侵犯。第Ⅲ期：肿瘤已向区域淋巴结转移。肾周围脂肪、肾静脉及下腔静脉已有或尚未受到侵犯。第Ⅳ期：肿瘤已侵及邻近器官（肾上腺除外）或已有远处转移。
