X线胸片检查是诊断气胸的重要方法，可显示肺受压程度，肺炎内容病变情况以及有无胸膜粘连、胸腔积液及纵隔移位等。纵隔旁出现透光带体势有纵隔气肿。气胸线以外透明亮度增高，无肺纹可见。有时气胸显示不清晰，可嘱患者呼气，使肺体积缩小，密度增高，与外带积气透光带形成对比，有利于发现气胸。大量气胸时，肺脏向肺门回缩，外缘呈弧形或分叶状，应注意与中央型肺癌相鉴别。大量气胸或张力性气胸常显示纵隔及心脏移向健侧。
肺结核或肺部炎症使胸膜多处粘连，发生气胸时，多呈局限性包裹，有时气胸互相通连。气胸若延及下部胸腔，肋膈角变锐利。气胸合并胸腔积液时，显示气液平面，透视下变动体位可见液面亦随之移动。局限性气胸在后前位胸片易遗漏，侧位胸片可协助诊断，或在X线透视下转动体位可发现气胸。
基本CT表现为胸膜腔内出现极低密度的气体影，伴有关肺组织不同程度的压缩萎陷改变。CT对于小量气胸、局限性气以及肺大疱与气胸的鉴别，比X线胸片敏感和准确。其MRI上的表现为低信号，如气体量甚少偶可漏诊。
根据临床症状、体征及X线表现，气胸的诊断通常并不困难。X线胸片显示气胸征象是确诊依据，若病情十分危重无法搬动作X线检查时，应当机立断在患侧胸腔积气体征最明显处试船、抽气侧压，如为正压且抽出气体，表明有气胸存在，即应抽出气体以减轻胸膜内压、缓解症状，并观察抽气后胸膜腔内压力的变化以判断气胸类型。在此过程中，应准备好心、肺复苏抢救措施。