肺表面廣泛分布的囊腫是由擴張的淋巴管在肌層和壁層胸膜上形成類似肺大泡病變所致。新生的不典型平滑肌細胞主要發生于淋巴管、支氣管血管束、小靜脈，還可以擴展至肺泡、肺間質內外，可引起管腔阻塞和擴張。形成彌漫性終末氣腔擴張能過的囊腫，直徑0.1cm至數厘米大小。非典型增殖細胞于血管平滑肌相似，但稍短且呈多形性，屬多克隆性質。組織內見一定程度的含鐵血黃素，由擴張和扭曲的小靜脈破裂引起少量出血造成。淋巴、管極度擴張和扭曲，肺門。縱隔、腹后壁淋巴結常受累而腫大。胸導管可增厚擴張，阻塞后出現乳糜胸。胸外臟器如腎、腹后壁、腹腔內和盆腔內常同時發生血管平滑肌瘤。肺淋巴管平滑肌瘤病可分為兩期：①早期：終末細支氣管外、肺泡壁和胸膜上有不典型的平滑肌細胞，肺泡擴張，肺泡內主要為增生的II型肺泡上皮細胞及含鐵血黃素巨噬細胞；②晚期：出現膠原形成的結節，肺泡明顯擴張。平滑肌增生明顯，呈飽滿梭形具有圓形或卵圓形核，胞漿蒼白。同時可見大多角形細胞，胞漿清晰為類上皮細胞。
上述異常增殖的平滑肌細胞其細胞學形態特殊，基因表形呈異質性。在LAM結節內可見三種不同的細胞型：較大的類上皮細胞位于結節外周，而較小的細胞居于中心。除形態學不同外，LAM細胞可應用抗人黑色素瘤抗體（HMB-45）和金屬蛋白酶（MMPs）染色顯示不同的免疫表型。在這些細胞內存在不同的蛋白顆粒：平滑肌特異性α-肌動蛋白、波形蛋白和結蛋白顯示不同的免疫組化染色反應提示平滑肌起源的異質性。在電鏡下，LAM細胞也與通常的平滑肌細胞不同。細胞核呈圓形或橢圓形、多切跡、核仁明顯、內含微絲狀物基質成分形成的致密體和發育良好的內質網。由許多電子密度的膜結合顆粒構成細結晶狀層狀體。相似的細胞也見于腎、肝的血管平滑肌脂肪瘤和肺的透明細胞瘤、LAM細胞異質性使人們設想LAM的發病機制可能與血管或脈管相關的細胞類型似腫瘤樣異常分化與增殖有關。
HMB-45是從黑色素瘤雜交瘤提純的一種單克隆抗體。病理學用于惡性黑色素瘤的診斷。在LAM細胞中呈陽性染色。HMB-45與兩種靶蛋白10kD的糖蛋白（Pmel17和GP100）結合。HMB-45陽性見于惡性黑色素瘤和其它細胞線來源的黑色素瘤，如LAM、血管平滑肌脂肪瘤和透明肺腫瘤以及結節性硬化癥綜合征（TSC），提示它可能來源于共同的前體產生的交叉反應。HBM-45曾用于組織學已知證實的5例LAM，均呈陽性結果，而15例原發性自發性氣胸、肺氣腫、Langerhan組織細胞增生癥和IPF則均示陰性結果。