肺癌的诊断依赖于病理检查。病理诊断分为组织学或者细胞学诊断,从原发病灶或者从转移的病灶、淋巴结等获取组织进行的组织学诊断或从胸腔积液、肺泡灌洗液、痰液查找到的细胞学证据均为病理确诊的证据。有咳嗽、咳痰,尤其血痰者可能有癌细胞脱落到痰中,可以考虑痰中找肿瘤细胞确诊。
对于中央型肺癌,由于电子纤维支气管镜可以探及,可以电子纤维支气管镜下取材活检确诊。
周围型肺癌则可以考虑CT引导下穿刺活检。晚期病人有胸腔积液者可能有癌细胞脱落至胸腔,引起胸腔种植产生胸水,胸腔穿刺抽液送细胞学检查有可能找到癌细胞。