肺癌分子诊断是指对肺癌患者的待检标本用分子生物学方法检测基因突变或基因扩增，从而进行肺癌分子分型的一种检查方法。
肺癌发病的最初阶段涉及许多肺癌相关基因及其表达的改变，对肺癌遗传易感性的研究主要集中在代谢酶的基因多态性、对诱变剂的敏感性、DNA的修复能力以及某些基因突变或缺失等领域。
目前发现与肺癌发生发展、转移以及预后紧密联系的生物标志物有原癌基因表皮生长因子受体（EGFR）、间变性淋巴瘤激酶（ALK）、ROS1、KRAS、甲状腺转录因子1(TTF-1)、癌胚抗原（CEA）、神经元特异性烯醇化酶（NSE）、细胞角蛋白家族（CKs）等。