Diagnostiko pljučnega raka začnemo z anamnezo in kliničnim pregledom. Nadaljujemo s slikovnimi preiskavami: RTG in CT prsnih organov. Normalna rentgenska slika še ne izključuje možnosti pljučnega raka, toliko bolj, če je opravljena le ena projekcija. Brohnoskopija ali CT-vodena punkcija nam omogočita histološko potrditev procesa na pljučih. Dodatne preiskave nam omogočijo, da določimo stadij bolezni: mediastinoskopija (preiskava medpljučnega prostora z endoskopom), ultrazvok trebuha, scintigrafija okostja, PET-CT.