非小细胞肺癌诊断的检查，最开始一般先做胸部X线检查，然后经各种检查以便确诊。在确诊之后为了明确癌症进展的程度，选择最合适的治疗方案，需进行进一步的病期诊断。
胸部X线检查一般拍摄正位像和侧位像，根据需要再进行断层摄影。
腺癌占肺野型肺癌的绝大部分，一般阴影较淡，大多数情况下，用普通摄影识别困难。如果是专科医生，可以比较容易地发现不满2厘米的早期癌。
鳞癌占肺门型肺癌的绝大部分，因病灶被心脏和大血管等所掩盖，早期的X线照片上的特点是，未显示出异常。但如果瘤体再增大，可发现阻塞性肺炎、肺不张等间接的异常。专科医生可根据见到的支气管变狭窄和阻塞的状态，来间接判断癌的存在。一般来说，开始能看到癌的阴影时，瘤体已经很大了。
用胸部X线照片难于诊断时，应进行胸部的CT检查(计算机断层摄影)。因为CT可以沿身体的横断面进行摄影，所以在X线检查上因心脏、横膈等重叠显示不出的部位的肿瘤，也可以诊断出来。
MRI(核磁共振显像)是利用体内氢质子的磁共振现象来产生画像的一种方法。它在纵膈、脑等处转移癌的诊断方面，发挥着巨大的作用。
内窥镜检查也是确证肺癌的手段之一
内窥镜检查(纤维支气管镜)对于肺癌结合胸部X线、CT等检查，虽然可以发现很小的肿瘤，但为了确诊，还必须取癌细胞和肿瘤组织用显微镜来诊断(组织学检查、细胞学检查)。这就是内窥镜检查。病人吞下被称为纤维支气管镜的直径为5毫米左右的细软管，从管尖端带有的镜头上，可观察到很深处的支气管，在直接确认肿瘤存在的同时，可采取肿瘤组织。如不能直接观察到，可在行X线透视的同时采取肿瘤细胞和组织。在入纤维支气管镜时，首先对喉和气管内进行简单的局部麻醉(用喷雾器装的麻醉药喷雾)，这样患者可比较放松地接受检查。
对于肺门型肺癌，特别是鳞癌，用纤维支气管镜可以直接观察到，大多数都可以进行组织学的诊断。但是，对于以腺癌为主的肺野型肺癌，不可能观察到的病例较多，可在X线透视下采取组织，或者用刷子将细胞擦下来，进行细胞刷检。
经皮穿刺细胞检查(活检)对用纤维支气管镜不能诊断的肺野型肺癌，可在X线透视和CT下，在看见肿瘤的同时，从身体外侧进针穿刺采取肿瘤组织，进行组织和细胞的检查。有时有引起气胸等合并症的危险。
喀痰细胞检查和胸水细胞检查肺门型肺癌、痰、血痰等症状较多见，这时喀痰的细胞检查对诊断非常有用。
另外有胸水潴留时，进行胸水的细胞检查，有时也可诊断。
如已明确诊断为肺癌，还必须决定病期(阶段)。病期被分为I~IV期。根据病期可决定治疗的方法。
I期：肿瘤仅存在于肺内，没有任何转移征象。
II期：仅有肺门部的淋巴结转移。
IIIA期：转移仅在有肿瘤的同一侧肺和同侧的纵膈淋巴结。
IIIB期：转移至对侧的纵膈淋巴结或锁骨上窝(锁骨上的凹陷处)的淋巴结，肿瘤可直接浸润心脏、大血管等重要脏器。
IV期：更进一步通过血管沿血流转移至脑、骨、肝脏等远处脏器，这意味着有这种转移的是进行癌。
得了癌症并不能和死亡画等号，肿瘤通过积极治疗可以像慢性病一样，健康的心态、良好的生活方式(终止吸烟的恶习，少熬夜等)以及亲情的爱护，都有利于疾病的康复。