O presente estudo reporta o caso de uma mulher de 63 anos da qual a única informação clínica era a suspeita de um sarcoma da cérvix. Simultaneamente à colpocitologia, foram enviadas biópsias do colo e do endométrio para diagnóstico. A visualização da amostra citológica revelou vários agregados de número variável de células monótonas, com tamanho pequeno, formato redondo e citoplasma escasso, num fundo com diátese. Os núcleos apresentavam moldagem, hipercromasia, cromatina “sal-e-pimenta” e ausência de nucléolos. O aspeto microscópico das biópsias foi concordante com os achados citológicos, tendo sido igualmente identificados focos glanduliformes com características atípicas. A neoplasia mostrou expressão imunohistoquímica dos antigénios enolase neurónio-específica (neuron specific enolase, NSE), sinaptofisina e citoqueratina (clones AE1/AE3), e uma elevada atividade proliferativa demonstrada pela imunorreactividade para o marcador nuclear Ki67/Mib1. Os achados citológicos, histológicos e imunohistoquímicos foram consistentes com o diagnóstico de carcinoma neuroendócrino de pequenas células. Dos tumores cervicais, esta neoplasia maligna é das mais raras, mostrando um comportamento muito agressivo, com prognóstico muito pobre, em que as terapêuticas existentes são pouco consensuais quanto à sua eficácia. A sua etiologia ainda é estudada, podendo estar relacionada com a infeção pelo Vírus do Papiloma Humano.