可了解肺癌的部位、大小、对邻近部位的侵犯性、伴发的炎性病变等，是发现肺癌的一个重要手段。“S形倒影”（或称“反S征”）是诊断肺癌的典型征象。
胸部CT可进一步验证病变所在的部位、范围，也可大致区分良恶性，是目前诊断肺癌的重要手段。其中，低剂量螺旋CT在肺癌早期诊断中发挥着越来越重要的作用，逐渐应用于早期肺癌筛查。
磁共振成像（MRI）、B超、发射型计算机断层成像（ECT）、正电子发射计算机断层显像（PET-CT）等，特别适用于判断肺癌颅脑、淋巴结、骨等组织的转移。
可直接观察病变情况，并获取病变部位的组织或细胞，便于进行病理诊断。
是诊断肺癌的主要方法之一，可直接观察到支气管内的病变情况，主要适用于中央型肺癌，必要时可行超声引导下的纵隔淋巴结活检（EBUS），明确病理诊断。
是目前临床评价肺癌纵隔淋巴结状态的金标准，主要用于伴有纵隔淋巴结转移，不适合手术治疗，又不能通过其他方法进行病理诊断的病例。
在胸腔镜下对肺部微小病变、可疑淋巴结、胸膜、心包等组织进行病灶切除送检等，可对肺癌进行准确诊断和临床分期，适用于经支气管镜检查和经皮肺内病灶穿刺活检无法取得病理标本或合并胸膜病变的诊断。
对内镜检查、细针穿刺、胸腔积液、痰液获得的细胞，进行细胞学检查，可以进行初步诊断。
对肺活体组织进行检查，是确诊肺癌的金标准。
对肿瘤组织进行基因检查，如EGFR基因突变、ALK与ROS1基因融合检测等，有利于个体化的靶向治疗。
血常规、肝肾功能及其他必要的生化免疫检测、出凝血功能检测等，便于术前、术后对患者的整体状况进行评估。
肿瘤标志物如癌胚抗原（CEA）、神经特异性烯醇酶（NSE）、细胞角蛋白19片段抗原（CYFRA21-1）、胃泌素释放肽前体（ProGRP）、鳞状细胞癌抗原（SCC-Ag）等联合检查，对肺癌的诊断具有一定的参考价值。
