Bei der Diagnosestellung ist es entscheidend, eine gründliche Anamnese zu erheben und die Möglichkeit einer Embolie in Betracht zu ziehen. Symptome wie Atemnot, Husten, blutiger Auswurf und Pleuritisschmerzen, die auf eine Embolie hindeuten, können auch bei vielen anderen Lungenerkrankungen auftreten. Zeigt die Anamnese mit dem plötzlichen Beginn und den vorliegenden Risikofaktoren auf eine Lungenembolie hin, ist die erste Maßnahme eine einfache Blutuntersuchung.

Bei einer Lungenembolie sind die D-Dimer-, ALT- und AST-Werte erhöht. Dies ist jedoch nicht ausreichend für eine definitive Diagnose. Die sichere Diagnose einer Lungenembolie erfolgt mittels Computertomographie der Lunge mit Kontrastmittel (in einem Embolieprotokoll). Dieses Bild zeigt, in welchen Gefäßen der Lunge sich ein Thrombus befindet. Um den Ursprung des Thrombus zu ermitteln, wird eine Doppler-Sonographie der Beine durchgeführt. Nach der gesicherten Diagnose einer Lungenembolie wird ein Behandlungsplan erstellt, der sich nach dem Schweregrad der Erkrankung richtet.