Glede na klinično sliko usmerimo diagnostične preiskave v iskanje organa izvora raka pri histopatološko potrjenih metastazah. Pri diagnostiki sta najpomembnejša natančna anamneza in natančen kliničen pregled. Pri bolniku opravimo rutinske laboratorijske preiskave, poleg teh dodatno še preiskave tumorskih označevalcev (markerjev). Tumorska označevalca AFP in beta HCG nakazujeta izvor pri germinalnih tumorjih (rak moških in ženskih zarodnih celic), kisla fosfataza in PSA nakazujeta izvor pri raku prostate, tumorski označevalec CA 15-3 pri raku dojk, tumorski označevalec S-100 pri malignem melanomu, tiroglobulin in kalcitonin pri raku ščitnice. Osnovne slikovne preiskave pri diagnostiki raka neznanega izvora so RTG prsnih organov, CT trebuha in mamografija pri ženskah. Z navedenimi preiskavami poskusimo izključiti ali potrditi diagnozo tumorjev, ki jih lahko uspešno zdravimo (limfom, germinalni tumor, rak dojk, rak prostate). Preostale tumorje uvrstimo v skupino, kjer se glede na prognostične dejavnike odločimo za način obravnave bolnike. Pri skupini z dobro prognozo se odločimo za poskus kurativnega zdravljenja, pri skupini s slabo prognozo pa za paliativno zdravljenje. Prognostični dejavniki, ki jih upoštevamo, so starost, spol, stanje zmogljivosti, izguba telesne teže, histopatološki izvid, obseg in mesto metastaz, število metastaz ter vrednosti tumorskih označevalcev v serumu.