肺癌的診斷方法分爲直接診斷和間接診斷。所謂直接診斷就是可以通過各種方法取到有病變的組織通過組織細胞病理學找到腫瘤細胞從而確診肺癌。這也是肺癌診斷的金標準。間接方法是從影像學、血清腫瘤標誌物、功能影像學等角度發現病變從其特徵上診斷肺癌。因爲沒有真正的組織病理學證據所以會有誤差不能作爲金標準。

直接診斷的方法包括：支氣管鏡活檢、痰找腫瘤細胞、胸水找腫瘤細胞、肺穿刺活檢、胸腔鏡肺活檢、縱隔或淺表淋巴結活檢等。間接診斷方法包括：胸片(X線檢查是診斷肺癌最常用的重要手段。通過X線檢查可以瞭解肺癌的部位和大小。早期肺癌病例X線檢查雖尚未能顯現腫塊但可能看到由於支氣管阻塞引起的局部肺氣腫、肺不張或病竈鄰近部位的浸潤性病變或肺部炎變)、胸部CT(對早期發現一般X線檢查隱蔽區域如肺尖、膈上、脊柱旁、靠近胸壁胸膜心臟後方縱隔等處的肺癌病變明確縱隔淋巴結是否增大等很有診斷價值)、PET(可以發現意料不到的胸外轉移竈能夠使術前定期更爲精確)等功能影像學檢查。