• Thorax (Brustkorb) – Röntgenaufnahme – eine unauffällige Aufnahme schließt das Vorliegen eines Bronchialkarzinoms nicht aus
• Thorakale und abdominale Computertomographie – CT des Brustkorbes und des Bauches – Tumornachweis ab einer Tumorgröße von ca. 1,5 cm
• Bronchoskopie mit Biopsie – endoskopische Untersuchung der Bronchien, bei zentralem Tumor, mit Probenentnahme
• Bei Zeichen der respiratorischen Lungeninsuffizienz – Einschränkung der Lungenfunktion – Lungenfunktionsuntersuchung (LuFu) und arterielle Blutgasanalyse
• Bei Verdacht auf Metastasen kraniale Computertomographie – Schädel-CT und Knochenszintigraphie
• Bei Symptomen der Speiseröhre Röntgen-Kontrastbreischluck

Je nach Tumortyp und –stadium können weitere diagnostische Maßnahmen angezeigt sein

• PET – Positronen-Emissionstomographie zur Entdeckung von Metastasen
• Thorakoskopie – endoskopische Untersuchung der Pleurahöhle (Brustfellhöhle)
• Mediastinoskopie
  - endoskopische Untersuchung des Mediastinums (mittleres Gebiet des Brustraumes)
  - zur Einteilung in die Stadien der Tumorerkrankung und zum Ausschluss von Metastasen der Lymphknoten
• Ultraschall des Abdomens – Ultraschall des Bauches
• Transthorakale Feinnadelbiopsie – Probenentnahme bei peripherem Tumor
• Pleurapunktion – Entnahme von Flüssigkeit aus der Brustfellhöhle
• Knochenmarkspunktion bei krankhaftem Blutbild
• Sehr selten Probethorakotomie – Eröffnung des Brustkorbes zu diagnostischen Zwecken