通過臨床癥狀及胸部X線片懷疑肺癌后，患者需要進一步檢查以明確肺癌的診斷分期，一是定性檢查，也就是獲得病理或細胞學診斷，包括痰檢、氣管鏡、縱膈鏡、穿刺活檢、胸水引流細胞學、開胸活檢及探查術等方法，通過取得腫瘤組織或細胞進行病理分析來明確肺癌的診斷。
二是定位及分期檢查，主要是通過CT掃描，核磁、PET-CT、及骨掃描顯像，明確肺癌的位置及是否有轉移，轉移灶的部位。通過上述病理檢查、分期檢查、以及患者的臟器功能狀態制定治療策略。此外，還需要進行血液腫瘤標志物的檢查，如CEA、NSE、CA125等對肺癌的診斷有一定幫助作用。
一、常見的肺癌實驗室檢查
用于診斷：痰細胞學檢查、胸水細胞學檢查、支氣管鏡、縱膈鏡、穿刺活檢等的腫瘤組織病理檢測。用于指導臨床治療：EGFR突變檢測、ALK易位檢測等。血液肺系腫瘤標志物的檢查主要用于輔助診斷、治療及隨訪：包括CEA、CA125、NSE、SCC、Cyfra21-1等。
二、常見的肺癌影像學診斷主要有
1、胸片
主要用于篩查，肺腫瘤在胸片上可顯示大體位置及大小。
2、CT掃描
從CT圖像可以看到肺癌的部位、大小，以及是否已經轉移、轉移部位。
3、核磁(MRI)掃描
核磁圖像上可以看到肺癌的部位、大小，以及是否已經轉移、轉移部位。核磁對于可移動的結構顯示不夠精確清晰，如肺，會隨著每一次呼吸而上下活動。因此，MRI很少用于肺部疾病的診斷。
4、正電子發射斷層(PET)掃描
PET掃描可以構建體內器官組織的影像。體內注入少量放射性物質，這些物質可以被體內能量代謝最高的器官和組織吸收。癌組織代謝活躍，因而可以吸收較多的放射性物質。掃描儀可以檢測到放射性元素，從而形成人體影像。
5、骨掃描
骨掃描是利用示蹤劑觀察骨組織的情況。也是通過靜脈注入示蹤劑。示蹤劑在骨的某些區域濃聚，可以被一個特殊的攝像機檢測到，正常骨組織影像成灰色，有損傷的區域成黑色，如有癌侵潤的部位。骨掃描及PET掃描診斷經常需要結合CT、MRI、常規X線片和體格檢查的信息。