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标准后前位胸部 X 线检查是评估咳嗽、胸痛和/或咯血的初始手段，费用便宜、操作简单。在一些中心，也可能会采用侧位胸部 X 线检查。胸部 X 线检查结果正常并不能排除肺癌的可能性。对于一些症状（例如持续咯血）通常省去胸部 X 线检查，而直接做 CT 检查。
在诊断为肺癌的患者中，胸部 X 线检查可以用来追踪胸腔积液和评估干预后（支气管内治疗或放射治疗）肺塌陷的复张程度。
胸部 X 线检查被推荐为肺癌确定性治疗后的常规检查项目（最初两年每 6 月一次，之后每年一次）。
存在差异；可以识别出单个或多个肺结节、肿块、胸腔积液、肺塌陷或者纵隔或肝门部充盈
颈部下段、胸部和上腹部的对比增强 CT 是标准检查，有助于明确原发肿瘤部位，并评估区域播散范围。若胸部 X 线检查上有新的异常发现，需要行针对上述部位在内的对比增强 CT 来进一步评估。[73] 对于一些症状（例如持续咯血），通常省去胸部 X 线检查，而直接做 CT 检查。
对于一些患者，尤其是吸烟者，即使胸部 X 线检查结果正常，但存在引起高度怀疑肺癌的问题症状时，也需要做胸部 CT 检查。静脉注射对比剂有助于区分淋巴结和血管，尤其是肺门处。
治疗方案的选择往往取决于纵隔淋巴结是否被浸犯。CT 检查属无创性，但也存在局限性。对纵隔分期而言，敏感性约为 60%，特异性约为 80%，阳性预测值在 50%-55% 之间，阴性预测值约为 85%.[74][75]
CT 也有助于胸膜腔积液的评估。一项采用评分系统预测积液是否为恶性的研究表明，其敏感性和特异性分别为 88% 和 94%。[76]
治疗后，对于处于临床试验中的患者，或者当实在担心需要识别不能经简单的胸部 X 线检查来轻易评估的疾病早期复发时，可能需要进行随访 CT 扫描。
显示原发性肿瘤的大小、位置和范围；评估肺门和/或纵隔淋巴结肿大及远处转移情况。
痰液细胞学检查是一种无创且相对简单的诊断方法。在很多中心，该检查并不是常规使用。特异性高但敏感性低，就患者管理成本而言，可能超出临床实用价值。[44] 另外，精确的组织学和分子学分析对选择适当的化疗通常具有重要意义，然而这些分析不能通过痰液细胞学检查获得。
在患中央型肺癌时，阳性率比患周围型肺癌时高。
痰液中发现恶性细胞
支气管镜检查按照内窥镜检查步骤进行操作，采用纤维支气管镜，可直接看到近端支气管树并对可疑区域进行活检。[77] 支气管镜检查是一种非常安全的检查手段，死亡率< 1/4000。
可用镊子对支气管内肿块进行活检。支气管内刷洗及肺泡灌洗增加了诊断检出率。无论是否有支气管内镜超声引导，对肺实质病变部位和纵隔淋巴结可行经支气管镜的针吸活检。[46][47][48][49][60]
总体而言，中央型病变诊断的敏感性较高（约 90%）。[77] 对外周型病变的敏感性较低，具体取决于活检数量、肿块大小和到支气管树的距离。一般而言，支气管内活检的敏感性高于冲洗或刷取。
使用支气管内超声检查可提高小型周围病变 (＜2 cm) 的检出率。[41]
在确定性治疗后，可反复使用支气管镜检查，以评估有无疾病复发。
支气管内病变
恶性肿瘤的病理学确诊是明确诊断肺癌的唯一公认方法。如果可能，可进行支气管镜检取样。经胸壁针吸活检（特别是CT 引导下）可用来获取支气管镜无法获得的可疑肺部外围结节并进行活检。
无论是否有支气管内超声引导，经支气管镜对肺实质病变部位和纵隔淋巴结进行针吸活检已得到广泛应用和执行。支气管内超声的使用提高了纵隔淋巴结的取样数量和水平。超声内镜也可用于探查其他纵隔淋巴结和左侧肾上腺。
另外，淋巴结活检可提供诊断和分期信息。锁骨上窝淋巴结或纵隔淋巴结取样可通过支气管内超声、[46][47][48][49][60] 超声内镜 (EUS)[78] 或外科方法（纵隔镜检查、电视胸腔镜手术或开放性手术）进行。
所有样本均应有足够的组织用于分型、亚分型和基因突变检测。这就意味着需要取多次活检或穿刺抽吸。
用于病理学诊断的样本
许多患者都有胸腔积液，需进行胸腔穿刺，如果积液检查是阴性，之后需行胸腔镜检查。胸腔穿刺是通过将穿刺针穿过肋骨和胸壁，进入胸膜腔内，以采集胸膜腔中的液体。超声引导是所有胸膜内科操作的首选，在少量胸腔积液取样时是必须的。
采用 Abrams 或 Cope 针进行盲性胸膜活检的使用极其有限，并已经被胸腔镜（可以是内科或外科）或 CT 引导下的胸膜活检取代。
存在足够数量的恶性细胞来进行充分的亚分型和基因突变检测
治疗建议往往取决于是否扩散到纵隔淋巴结。有研究显示，纵隔镜检查与经气管镜超声 (EBUS) 联合超声内镜的 (EUS) 准确性相当，[60] 所有检查一起进行时，准确性更高。然而，纵隔镜检查是有创性操作，因而支气管内超声作为替代使用越来越广泛。另外，已经证明其成本效益更好。[59] 标准的颈部操作方法是在颈部下段开一个小的横切口，通过此处放置一个可视镜，对气管旁和隆突下淋巴结进行取样。操作在全身麻醉下进行。
通过颈部纵隔镜可以对气管旁和隆突下淋巴结进行评估。
颈部纵隔镜的总体敏感性约为 80%，阴性预测值约为 90%。[75]
扩散到纵隔淋巴结
VATS 可以评估主动脉肺窗淋巴结。VATS 也可以对食管旁和肺韧带淋巴结进行评估。
播散至其他胸廓内淋巴结
使用胸腔镜使胸膜直接可视化，对于诊断胸腔积液，具有非常高的特异性。操作过程可按照“内科”操作在局部麻醉下进行或按照“外科”操作使用电视胸腔镜技术在全身麻醉下进行。
直接可视胸膜；胸腔积液
局部晚期 NSCLC 患者（尤其是腺癌患者）的脑转移风险高，在进行潜在的治愈性治疗前，应进行头部 CT 或 MRT 检查来进行分期。
脑转移表现为脑实质包块信号增强，伴周围水肿
对肺上沟瘤患者而言，胸廓入口 MRI 有助于评估手术切除的可能性。
评估臂丛神经、锁骨下血管和/或临近椎体的侵犯情况
PET-CT 是 CT 检查的补充，有助于准确评估局部、区域和远处侵犯情况。[79]
可考虑将 PET 作为 NSCLC 患者的分期标准；然而，因存在假阳性结果，对于异常发现，经常需要病理学证实。对于已知有转移性疾病的患者，没有必要行 PET 检查。
PET 用于纵隔分期的准确度如下：敏感性在 80% 和 85% 之间，特异性约为 90%，阳性预测值在 80% 和 90% 之间，阴性预测值约为 93%。[74][80]
在一项 Cochrane 评价中，发现 PET 在区分 N2/3 疾病的准确性方面存在差异，具体取决于扫描仪品牌、肺癌的亚型、FDG 剂量和原产地。因此，各中心审查当地实践的准确性非常重要。[81] PET 诊断肺结节内肺癌的敏感性和特异性分别为 89% 和 77%，但是在传染性肺疾病的流行地区，特异性会下降至 61%。[82]
CT 检查的补充；进一步评估原发性肿瘤的位置和范围；评估肺门和/或纵隔淋巴结肿大及远处转移情况
当患者出现新的骨痛或碱性磷酸酶升高时，应安排骨扫描检查。如果已使用 PET 进行了分期，没必要再做骨扫描检查，因为 PET 的准确性高于骨扫描。[83]
敏感性在 60% 和 100% 之间，特异性介于 75% 和 100% 之间。[84]
骨转移
对分期重要，但通常和胸部 CT 联合使用。
转移性病变
对于预期将接受手术或放射治疗的所有肺癌患者，均应进行 FEV1 和肺一氧化碳弥散量 (diffusion capacity of lung for carbon monoxide, DLCO) 检测。[62][63] 肺功能检查处在临界值的患者，需要时可进行放射性核素检查（例如定量灌注扫描）。应依据基线值和因手术丧失的肺功能估计来预测术后肺功能。
关于确定是否适合手术（以及潜在的根治性放化疗）的精确标准，尚存在争议。一些指南建议使用正式的心肺运动试验。[63][63] 当预测术后 (predicted postoperative, PPO) FEV1 和 DLCO <预测值的 30% 时，如果最大摄氧量<10 mL/kg/分钟或预测值的 35%，则患者处在高风险。PPO FEV1 或 DLCO 在 30% 和 60% 之间，推荐进行低级别运动试验：例如爬楼梯或往返行走测试。其他指南制定组质疑这一建议的理论基础，并强调使用基于多因素的风险预测评分。[85]
肺量测定法及肺容量
在开始治疗或进行有创操作之前，有必要进行基线血细胞计数检查。
化疗及放疗（后者在较小程度上）会降低造血作用，因此有必要检测基线血细胞计数以及定期检测血细胞计数。
通常是正常的，但可能显示贫血
出现肝转移时可能升高
单独的碱性磷酸酶升高可能提示骨转移。
正常或者升高
恶性肿瘤的血清钙水平升高，尤其是鳞状细胞癌。
可能升高
建议在治疗开始前，将此作为基线。
低钠血症可能与抗利尿激素分泌异常综合征 (SIADH) 有关，但这更常见于小细胞肺癌患者中。
通常正常，但低钠血症并不罕见
术前总是应进行心电图检查。如果已存在心脏疾病或意外的运动低耐量，可进行超声心动图检查。
可能显示心脏疾病的证据
通过对（在肿瘤细胞内编码 EGFR ）酪氨酸激酶基因突变进行检测，使得可以考虑对部分患者使用靶向治疗。在曾轻度吸烟或者不吸烟的患者中，检测该基因突变尤其重要。存在致敏 EGFR 突变的患者接受 EGFR 激酶抑制剂治疗的获益大于接受化疗。
在某些肿瘤中呈阳性，在从不吸烟者中，最常见于腺癌患者；在亚洲人群中也更常见
ALK 基因融合有助于癌细胞增殖。可通过免疫组化或荧光原位杂交 (FISH) 进行检测。通过检测，使得可以考虑对存在 ALK 融合的患者进行 ALK 靶向治疗。在曾经轻度吸烟或者不吸烟的患者中，检测该基因突变尤其重要。ALK 阳性患者接受 ALK 抑制剂治疗的获益大于接受化疗。
在某些肿瘤内呈阳性；更常见于不吸烟、曾轻度吸烟者、腺癌患者
在大约 1% 到 2% NSCLC 内发现了 ROS1 融合，通常通过荧光原位杂交 (fluorescence in situ hybridisation, FISH) 检测出。通过检测，使得可考虑 ROS1 导向治疗。ROS1 融合在年轻患者、不吸烟者、有轻度吸烟史者和腺癌患者中更为常见。[64]
在某些肿瘤中呈阳性
是否存在 PD-L1 表达及其表达程度有助于决定是否对复发性疾病患者使用免疫检查点抑制剂治疗。如果表达 ≥50%（使用 Merck 研发的检测方法），提示帕博利珠单抗作为一线治疗选择的获益大于化疗。
在某些肿瘤中呈阳性
存在 BRAF V600E 基因型预示患者可因联合 BRAF-MEK 激酶抑制剂治疗而获益，因此可有助于制定治疗决策。
在某些肿瘤中呈阳性
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