肺癌也和其他惡性腫瘤一樣能產生一些激素酶、抗原、胎蛋白等生物性物質、但這些癌腫標記物對檢測肺癌尚無應用價值，臨床醫師對中年以上久咳不愈或出現血痰以及肺部X線檢查發現性質未明的塊影或炎變的病例，均應提高警惕，高度懷疑肺癌的可能性，及時進行周密檢查。
X線檢查是診斷肺癌最常用的重要手段。通過X線檢查可以了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，但可能看到由于支氣管阻塞引起的局部肺氣腫、肺不張或病灶鄰近部位的浸潤性病變或肺部炎變。中央型肺癌常顯示肺葉或一側全肺不張(圖67-14(1))，靠近肺門區邊緣不整齊或分葉狀腫塊和縱隔淋巴結腫大影像。癌腫病灶中心部分壞死形成空洞者則顯示腫塊內有偏心性透亮區，空洞壁厚，內壁凹凸不平，較少呈現液平面(圖67-14(2))。
周圍型肺癌最常見的X線表現為肺野邊緣部位孤立性圓形成橢圓形塊影，直徑從1～2cm～5～6cm或更大。塊影輪廓不規則，常呈現小的分葉或切跡，邊緣模糊、毛糙，常發出細短的毛刺影(圖67-14(3))。病變進展后腫塊周圍尚可出現肺不張、肺炎、胸膜腔積液等征象。高電壓攝片有助于判明病變性質。靠近肺門區的癌腫大多為鱗狀上皮細胞癌和未分化小細胞癌，前者常伴有阻塞性肺炎、肺不張或肺實變，以及肺門或/和縱隔淋巴結腫大。大多數腺癌和大細胞癌以及一部分鱗狀上皮細胞癌和小細胞癌位于肺野邊緣部位，肺尖部癌腫大多為鱗狀上皮癌。腫塊直徑大于4cm者常為鱗狀上皮細胞癌，且較常形成癌性空洞。細支氣管肺泡癌的X線表現大多為周圍型孤立性結節狀病灶，范圍較為廣泛的結節狀浸潤，類似支氣管或大葉性肺炎，有時呈現空洞。
胸部X線透視觀察膈肌運動情況，有助于判斷膈神經是否被癌腫侵犯。標準斷層攝片可顯示中央型肺癌支氣管阻塞情況，區別腫瘤與炎變的影像，清楚地顯示肺癌塊影和分葉狀形態，肺門和縱隔淋巴結腫大情況，以及顯示塊影內有無鈣化病變。近年來電子計算機斷層掃描(CT)已在臨床上廣泛推廣應用。這種檢查方法能顯示薄層橫斷面三維結構圖像，避免病變與正常組織的影像互相重疊，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，心臟后方，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。CT檢查能顯示直徑不及5mm的肺部結節狀病灶，因而可以早期發現肺原發性或繼發性腫瘤。CT對各種肺部病變具有很好的密度分辨能力，有助于識別病變的性質和明確有無鈣化灶。支氣管造影能顯示由于腫瘤造成的支氣管腔邊緣殘缺，充盈缺損，管腔中斷或不規則狹窄，對支氣管鏡未能到達的起源于肺段或亞段支氣管的周圍型肺癌或支氣管腺瘤具有診斷價值(圖67-15)。鋇餐食管X線檢查有助于了解縱隔和食管被肺癌侵犯的情況。肺血管造影術可判明癌腫是否侵犯左、右肺動脈近段和左、右心房，有助于判定中央型肺癌切除的可能性，但已較少應用。