Le cellule del carcinoma basocellulare somigliano a quelle dello strato basale dell'epidermide o della matrice del follicolo pilifero. Sono cellule poco differenziate caratterizzate da scarso citoplasma scarsamente colorabile e povero in filamenti intermedi di cheratina, nuclei di discrete dimensioni, ovalari, compatti ed ipercromici, margini cellulari difficilmente distinguibili e presentano desmosomi che le ancorano a quelle adiacenti. Alla periferia dei nidi mostrano una disposizione a palizzata che tende ad essere persa nelle forme più aggressive e notevoli interazioni con il derma. Si tratta di un tumore le cui cellule presentano alto tasso di mitosi ma anche di apoptosi risultando in una bassa velocità di crescita se confrontata con quella dei carcinomi spinocellulari. Il derma superficiale è sede di fenomeni elastolitici di degenerazione solare ed è spesso presente un'intensa reazione desmoplastica. Nei preparati istologici si riscontra una retrazione artefattuale con la formazione di uno spazio otticamente vuoto all'interfaccia tumore-stroma.