通过临床症状及胸部X线片怀疑肺癌后，患者需要进一步检查以明确肺癌的诊断分期，一是定性检查，也就是获得病理或细胞学诊断，包括痰检、气管镜、纵膈镜、穿刺活检、胸水引流细胞学、开胸活检及探查术等方法，通过取得肿瘤组织或细胞进行病理分析来明确肺癌的诊断。
二是定位及分期检查，主要是通过CT扫描，核磁、PET-CT、及骨扫描显像，明确肺癌的位置及是否有转移，转移灶的部位。通过上述病理检查、分期检查、以及患者的脏器功能状态制定治疗策略。此外，还需要进行血液肿瘤标志物的检查，如CEA、NSE、CA125等对肺癌的诊断有一定帮助作用。
一、常见的肺癌实验室检查
用于诊断：痰细胞学检查、胸水细胞学检查、支气管镜、纵膈镜、穿刺活检等的肿瘤组织病理检测。用于指导临床治疗：EGFR突变检测、ALK易位检测等。血液肺系肿瘤标志物的检查主要用于辅助诊断、治疗及随访：包括CEA、CA125、NSE、SCC、Cyfra21-1等。
二、常见的肺癌影像学诊断主要有
1、胸片
主要用于筛查，肺肿瘤在胸片上可显示大体位置及大小。
2、CT扫描
从CT图像可以看到肺癌的部位、大小，以及是否已经转移、转移部位。
3、核磁(MRI)扫描
核磁图像上可以看到肺癌的部位、大小，以及是否已经转移、转移部位。核磁对于可移动的结构显示不够精确清晰，如肺，会随着每一次呼吸而上下活动。因此，MRI很少用于肺部疾病的诊断。
4、正电子发射断层(PET)扫描
PET扫描可以构建体内器官组织的影像。体内注入少量放射性物质，这些物质可以被体内能量代谢最高的器官和组织吸收。癌组织代谢活跃，因而可以吸收较多的放射性物质。扫描仪可以检测到放射性元素，从而形成人体影像。
5、骨扫描
骨扫描是利用示踪剂观察骨组织的情况。也是通过静脉注入示踪剂。示踪剂在骨的某些区域浓聚，可以被一个特殊的摄像机检测到，正常骨组织影像成灰色，有损伤的区域成黑色，如有癌侵润的部位。骨扫描及PET扫描诊断经常需要结合CT、MRI、常规X线片和体格检查的信息。