Os métodos de diagnóstico do cancro do pulmão estão divididos em diagnóstico directo e diagnóstico indirecto. O diagnóstico directo significa que os tecidos com lesões podem ser tomados por vários métodos e as células tumorais podem ser encontradas através da histoctopatologia, confirmando assim o diagnóstico de cancro do pulmão. Este é o padrão de ouro no diagnóstico do cancro do pulmão. Métodos indirectos, que são utilizados para encontrar lesões por imagem, marcadores tumorais séricos, imagens funcionais e outras perspectivas, diagnosticar o cancro do pulmão em termos das suas características. Como não há provas histopatológicas reais, está sujeito a erro e não pode ser utilizado como padrão de ouro. Os métodos de diagnóstico directo incluem: biopsia broncoscópica, expectoração para células tumorais, líquido pleural para células tumorais, biopsia de punção pulmonar, biopsia de pulmão toracoscópica, biopsia de gânglios linfáticos mediastinais ou superficiais, etc. Os métodos de diagnóstico indirecto incluem: raio-X ao tórax (o raio-X é o meio mais comum e importante para diagnosticar o cancro do pulmão. A localização e o tamanho do cancro do pulmão podem ser compreendidos através de um exame de raio-X. Nos casos de cancro do pulmão em fase inicial, embora a massa ainda não seja visível na radiografia, podem ser observados enfisema localizado, atelectasia ou lesões infiltrativas ou inflamação do pulmão nas proximidades da lesão devido a obstrução brônquica), tomografia de tórax (útil para detecção precoce de lesões de cancro do pulmão em áreas normalmente escondidas na radiografia, tais como a ponta do pulmão, supra-diafragma, paraspinal, perto da pleura da parede torácica, atrás do coração, mediastino, etc., e para determinar se os gânglios linfáticos mediastinais estão aumentados), e PET. É também útil para fins de diagnóstico), PET (que pode detectar metástases extra-torácicas inesperadas e permite uma imagem pré-operatória mais precisa) e outros testes de imagem funcionais.