作為一種從漿膜腔的間皮細胞進展而來的惡性腫瘤，間皮瘤的準確診斷是建立在組織病理檢查基礎上的。但是，診斷依舊是困難的，因為間皮瘤是多種細胞異型性的癌症，從而產生很多誤導組織病理學確診的陷阱。並且，胸膜也是轉移性腫瘤的好發部位。
惡性胸膜間皮瘤的組織學構成包括纖維細胞和上皮細胞成分。根據組織形態惡性間皮瘤主要有3個亞型:上皮型、肉瘤型、雙相型(或混合型)，分別佔60%、20%和20%。
間皮瘤在其自然進展過程中是多變的，其他惡性腫瘤可能有假間皮瘤樣表現(如胸腺瘤、癌、淋巴瘤和血管瘤等)，診斷時必須注意鑑別惡性胸膜間皮瘤的顯微鏡下表現多變，很容易與良性胸膜病變或者胸膜轉移性腫瘤相混淆，例如最常發生胸膜轉移的腫瘤肺癌和乳腺癌(分別為7%~15%和7%~11%)，在標準切片固定進行HE染色的條件下，其細胞形態容易和間皮瘤混淆。此外，有些良性的胸膜炎症或者反應性胸膜病變(如心力衰竭、膠原性疾病、肺炎、消化系統疾病如肝硬化等所致的胸腔積液)中同樣存在間皮細胞的增生，並且這些患者與惡性胸膜間皮瘤的發病年齡相當，從而導致誤診。
