1、X線檢查：X線檢查是診斷肺癌最常用的重要手段。通過X線檢查可以了解肺癌的部位和大小。早期肺癌病例X線檢查雖尚未能顯現腫塊，但可能看到由于支氣管阻塞引起的局部肺氣腫、肺不張或病灶鄰近部位的浸潤性病變或肺部炎變。
2、支氣管鏡檢查：支氣管鏡檢查是診斷肺癌的一個重要措施。通過支氣管鏡可直接窺察支氣管內膜及管腔的病理變化情況。窺見癌腫或癌性浸潤者，可采取組織供病理切片檢查，或吸取支氣管分泌物作細胞學檢查，以明確診斷和判定組織學類型。
3、放射性核素檢查：67Ga-枸櫞酸鹽等放射性藥物對肺癌及其轉移病灶有親和力，靜脈注射后能在癌腫中濃聚，可用于肺癌的定位，顯示癌病的范圍，陽性率可達90%左右。
4、細胞學檢查：多數原發性肺癌病人在痰液中可找到脫落的癌細胞，并可判定癌細胞的組織學類型。因此痰細胞學檢查是肺癌普查和診斷的一種簡便有效的方法。中央型肺癌痰細胞學檢查的陽性率可達70～90%，周圍型肺癌痰檢的陽性率則僅約50%左右，因此痰細胞學檢查陰性者不能排除肺癌的可能性。
5、剖胸探查術：肺部腫塊經多種方法檢查和短期試探性治療仍未能明確病變的性質，肺癌的可能性又不能排除，如病人全身情況許可，應作剖胸探查術。術中根據病變情況及病理組織檢查結果，給予相應治療。這樣可避免延誤病情致使肺癌病例失去早期治療的時機。
由于癌細胞的生物學特征不同，醫學上將肺癌分為小細胞肺癌與非小細胞肺癌兩大類，后者又分為鱗癌、腺癌、大細胞肺癌等。
肺癌也和其他惡性腫瘤一樣能產生一些激素酶、抗原、胎蛋白等生物性物質、但這些癌腫標記物對肺癌的確診尚無應用價值，臨床醫師對中年以上久咳不愈或出現血痰以及肺部X線檢查發現性質未明的塊影或炎變的病例，均應高度警惕。肺癌患者應盡早發現，早診斷、早治療，減少肺癌晚期轉移與惡化的可能性。
6、ECT檢查：ECT骨顯像比普通X線片提早3～6個月發現病灶，可以較早地發現骨轉移灶。如病變已達中期骨病灶部脫鈣達其含量的30%～50%以上，X線片與骨顯像都有陽性發現，如病灶部成骨反應靜止，代謝不活躍，則骨顯像為陰性X線片為陽性，二者互補，可以提高診斷率。
7、縱隔鏡檢查：當CT可見氣管前、旁及隆突下等(2，4，7)組淋巴結腫大時應全麻下行縱隔鏡檢查。在胸骨上凹部做橫切口，鈍性分離頸前軟組織到達氣管前間隙，鈍性游離出氣管前通道，置入觀察鏡緩慢通過無名動脈之后方，觀察氣管旁、氣管支氣管角及隆突下等部位的腫大淋巴結，用特制活檢鉗解剖剝離取得活組織。臨床資料顯示總的陽性率39%，死亡率約占0.04%，1.2%發生并發癥如氣胸、喉返神經麻痹、出血、發熱等。