目前临床上诊断恶性肿瘤，最主要的依据就是病理学诊断，取活体组织检查是诊断恶性肿瘤的金标准。一般在发现肿瘤后，首先进行影像学检查，如CT或核磁共振，可以初步判断肿瘤的范围、大小和周围组织结构的关系，以及评估手术后存在的风险，还有看是否有远处转移，然后在影像学的引导下，对肿瘤进行穿刺活检。如果病理回报是恶性肿瘤，就可以明确诊断为癌症。当然，一些部位的肿瘤需要纤维内镜的检查，比如气管镜、喉镜、胃镜、肠镜，然后通过镜子取组织做鉴别诊断。
由于肿瘤诊断有多方面，还可以通过血液学检查，比如肿瘤标志物检查。肿瘤标志物是恶性肿瘤在人体内生成、增殖的过程中，肿瘤细胞相关基因表达所产生的一种物质，或者是由人体组织所产生。肿瘤标志物检测对于肿瘤的诊断与治疗有非常重要的意义，常见标志物癌胚抗原的升高主要见于肠癌，甲胎蛋白升高主要见于肝癌，糖类抗原19-9升高见于胰腺癌，糖类抗原15-3升高见于乳腺癌。