2、病理组织学检查：肿瘤由纺锤状或不规则形状的恶性内皮细胞构成，其边界不清。细胞质嗜酸性、核深染，形态狭长或不规则，胞核核仁可大可小，同样嗜酸性。亦可见大而异形的细胞核以及多核细胞，核分裂象常见。薄壁静脉散布于肿瘤内，约半数病例见有造血细胞灶。免疫组织学检查可见瘤细胞中存在有Ⅷ因子相关抗原。肿瘤细胞沿着原有血管腔增殖，肝终端小静脉和门静脉分支亦显示增殖。肿瘤细胞在肝血窦内增殖可导致进行的肝细胞萎缩，肝板断裂，血管腔增大形成大小不一的空腔。腔壁粗糙不平，内壁衬以肿瘤组织细胞，有时为息肉样或乳头状突出物，腔内充满凝血块和肿瘤细片。肿瘤侵及肝终端小静脉和门静脉分支可导致这些血管的堵塞，此可解释为何肿瘤常易发生出血、梗死和坏死。有时肿瘤细胞密聚成小结节状实性团块，类似纤维肉瘤。
应用免疫组织化学技术可发现肿瘤细胞中Ⅷ因子相关抗原呈阳性。
在大多数病例中肿瘤可侵犯门静脉或中央静脉，这种情况多发生于肿瘤结节内，但亦可发生在远处的肝小叶，骨髓外造血灶常见。可因微血管溶血性贫血而继发铁质沉着，在胶质二氧化钍诱发的肝血管肉瘤中，容易见到胶质二氧化钍沉积于网状内皮细胞内或游离于汇管区、Glisson鞘膜或肝终端小静脉壁内。该沉积物无色、可折光，HE染色沉积物通常呈粉红和棕黄色。放射自显影可显示二氧化钍发出的α射线，表现为短的点状轨迹。能量分散X射线微量分析亦可测出钍元素。由二氧化钍、砷或氯乙烯引起的血管肉瘤，在非肿瘤组织中往往有肝硬化和纤维化。约1/3患者有特发性肝硬化，由明确致病因子引起的肿瘤与特发性肿瘤之间无形态学上的差别。