X線胸片檢查是診斷氣胸的重要方法，可顯示肺受壓程度，肺炎內容病變情況以及有無胸膜粘連、胸腔積液及縱隔移位等。縱隔旁出現透光帶體勢有縱隔氣腫。氣胸線以外透明亮度增高，無肺紋可見。有時氣胸顯示不清晰，可囑患者呼氣，使肺體積縮小，密度增高，與外帶積氣透光帶形成對比，有利于發現氣胸。大量氣胸時，肺臟向肺門回縮，外緣呈弧形或分葉狀，應注意與中央型肺癌相鑒別。大量氣胸或張力性氣胸常顯示縱隔及心臟移向健側。
肺結核或肺部炎癥使胸膜多處粘連，發生氣胸時，多呈局限性包裹，有時氣胸互相通連。氣胸若延及下部胸腔，肋膈角變銳利。氣胸合并胸腔積液時，顯示氣液平面，透視下變動體位可見液面亦隨之移動。局限性氣胸在后前位胸片易遺漏，側位胸片可協助診斷，或在X線透視下轉動體位可發現氣胸。
基本CT表現為胸膜腔內出現極低密度的氣體影，伴有關肺組織不同程度的壓縮萎陷改變。CT對于小量氣胸、局限性氣以及肺大皰與氣胸的鑒別，比X線胸片敏感和準確。其MRI上的表現為低信號，如氣體量甚少偶可漏診。
根據臨床癥狀、體征及X線表現，氣胸的診斷通常并不困難。X線胸片顯示氣胸征象是確診依據，若病情十分危重無法搬動作X線檢查時，應當機立斷在患側胸腔積氣體征最明顯處試船、抽氣側壓，如為正壓且抽出氣體，表明有氣胸存在，即應抽出氣體以減輕胸膜內壓、緩解癥狀，并觀察抽氣后胸膜腔內壓力的變化以判斷氣胸類型。在此過程中，應準備好心、肺復蘇搶救措施。