最重要确诊肺癌的金标准，是通过各种检查手段取到患者的肺组织进行病理检查。病例标本可以通过在患者的痰中寻找癌细胞，或在支气管镜下取活组织，或者经过胸壁穿刺活检进行活组织检查，甚至需要开胸去肺组织进行病理检查。
有胸水的患者可以抽取患者的胸水，经过离心处理后，去沉渣做图片的检查，寻找癌细胞。
除了病理检查之外，CT检查是确诊肺癌的重要手段，通过胸部CT检查，可以显示胸壁的横断面，可以发现X线下不易发觉的隐藏部位，比如肺间部、横隔上方、脊柱旁、心脏后面的早期肺癌病变，并帮助与肺结核、肺炎等相鉴别。