以往最常用的是Rosai和Levine的分类，以胸腺瘤占80%以上的细胞成分命名，分为上皮细胞型、淋巴细胞型和上皮淋巴细胞混合型，但此种分类仅适于病理学的描述，在肿瘤的生物学特性方面并未发现明显差异，故近来已较少采用此分类方法。
另一分类法为Muller-Hermelink法，将胸腺瘤分为皮质型、髓质型和混合型，皮质型又分为皮质为主型和“单纯”皮质型2个亚型。此分类理论上有一些优点，可能不同类型的胸腺瘤，生物学特性和预后会有不同。
以上两种分类方法均不能准确判定肿瘤的良、恶性，故临床医生多采用依据肿瘤生物学特性的分类方法，即：良性胸腺瘤（也称非侵袭性胸腺瘤）和恶性胸腺瘤（侵袭性胸腺瘤）。良性胸腺瘤有包膜，不侵犯周边组织，彻底切除后不复发、不转移。恶性胸腺瘤的诊断：主要靠术中肉眼判断肿瘤侵犯了周围组织，如胸膜或心包，随诊中发现肿瘤复发或转移。因组织病理学检查往往不能区分肿瘤的良、恶性，故临床提倡所有瘤体较大的胸腺瘤均按恶性治疗。
在1999年，世界卫生组织对胸腺瘤做出了新的组织学分型，简述如下：A型胸腺瘤：即髓质型或梭型细胞胸腺瘤。AB型胸腺瘤：即混合型胸腺瘤。B型胸腺瘤：被分为3个亚型；B1型胸腺瘤：即富含淋巴细胞的胸腺瘤、淋巴细胞型胸腺瘤、皮质为主型胸腺瘤或类器官胸腺瘤；B2型胸腺瘤：即皮质型胸腺瘤；B3型胸腺瘤：即上皮型、非典型、类鳞状上皮胸腺瘤或分化好的胸腺癌。C型胸腺瘤：即胸腺癌，组织学上此型较其他类型的胸腺瘤更具有恶性特征。