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大体特征肿瘤多为实性或囊性，表面不规则、灰白色，有出血区。切面有时呈实性黄白色区，可见广泛的出血及坏死。大多有盆、腹腔广泛浸润，并有血性腹水。
镜下特征与子宫恶性中胚叶混合瘤类似，卵巢恶性中胚叶混合瘤也由恶性上皮成分（腺癌）及肉瘤成分组成，主要为分化较差的内膜样腺癌和浆液性腺癌，少数可有黏液性腺癌或透明细胞癌成分。同源性肉瘤成分类似于子宫内膜间质肉瘤、纤维肉瘤或平滑肌肉瘤。异源性肉瘤可含有异源成分，如未成熟的软骨组织等，一般称为软骨肉瘤、骨肉瘤、横纹肌肉瘤等。
癌肉瘤的组织表型成分复杂，对肿瘤内部组织的遗传学异质性分析发现其同型等位基因缺失现象，且等位基因缺失的不同模式也与肿癌克隆起源过程中的遗传学变化相一致，免疫组化学、细胞培养、分子遗传学研究等证明癌肉瘤为单克隆起源。Sonoda等用显微切割技术和分子遗传分析发现，卵巢癌肉瘤的癌性成分和肉瘤成分的野生型BRCA2等位基因和TP53基因有相同的突变情况，也证实癌和肉瘤成分为单克隆起源。