胸腺燕麦细胞癌和燕麦细胞癌在病理学上还要与其他一些病种相鉴别。
1.上皮性胸腺瘤 胸腺瘤的核内染色质不像胸腺燕麦细胞癌那样均质分布，而且常被内部的纤维条索分隔成小叶状。胸腺燕麦细胞癌嗜铬粒蛋白免疫组织化学染色呈阳性，而胸腺瘤为阴性。
2.胸腺内甲状旁腺腺瘤 此瘤患者临床常有高钙血症，这与内分泌性病理损害的特点正相反，但有些病例可无激素引起的症状，这样就易与胸腺类瘤相混淆。光镜下二者有以下几点明显不同：大多数甲状旁腺腺瘤没有典型胸腺燕麦细胞癌所具有的坏死性呈脉管样生长及成菊形团等特点，而且PAS染色呈强阳性。电镜下，甲状旁腺腺瘤的神经分泌颗粒比胸腺燕麦细胞癌要少得多。免疫组织化学方面，甲状旁腺腺瘤的甲状旁腺激素免疫组织化学染色呈阳性，而胸腺燕麦细胞癌为阴性。
3.纵隔副神经节瘤 在形态学上也与胸腺燕麦细胞癌相似，但是它并不一定出现在胸腺，而常发生于大血管;因其多起源于主动脉、肺动脉内的或是血管内的副神经节，同胸腺燕麦细胞癌的较大的腺管样生长方式不同，副神经节瘤的瘤细胞呈紧密群集状生长。另外，副神经节瘤核分裂象少见，而胸腺燕麦细胞癌核分裂象多见。嗜银染色在副神经瘤为阳性，而胸腺燕麦细胞癌呈阴性。甲硫氨酸脑啡肽和亮氨酸脑啡肽染色二者均可呈阳性，但在副神经节瘤更多见。
4.胸腺转移癌 其中有些病例很像胸腺燕麦细胞癌，难以确诊。相反，呈筛网状生长的胸腺燕麦细胞癌常为继发性肿瘤，而非胸腺原发性病变。肺和肠的类癌一般很少转移至纵隔而原发灶无明显病变。