Il n'existe pas de test de dépistage unique efficace pour le diagnostic précoce du cancer du péritoine chez les personnes à haut risque de développer la maladie. Le diagnostic est posé par la suspicion des médecins spécialistes lors d'un examen physique avec des symptômes apparus.

L'examen physique réalisé par les médecins spécialistes.
Les méthodes d'imagerie telles que l'échographie, la tomodensitométrie, l'IRM et la TEP.
Réalisation d'une endoscopie et d'une coloscopie.
Réalisation d'analyses sanguines.
Marqueurs tumoraux.
La laparoscopie diagnostique, c'est-à-dire l'examen chirurgical de l'intérieur de l'abdomen.
Il est nécessaire de prélever des échantillons de tissus cancéreux touchés par la membrane ou du liquide péritonéal accumulé dans l'abdomen, c'est-à-dire de l'ascite.
Analyses sanguines : le taux de CA-125 peut être élevé dans le sang des personnes atteintes d'un cancer du péritoine. Cependant, les taux de CA-125 peuvent également augmenter dans de nombreuses affections, des infections pelviennes à la grossesse, et dans d'autres cancers. Il faut faire la distinction avec précaution.

Examens d'imagerie : les examens radiologiques oncologiques sont efficaces dans l'évaluation du cancer du péritoine. L'échographie abdominale (et parfois l'échographie transvaginale) est très fréquemment utilisée. L'imagerie par résonance magnétique (IRM) ou la tomodensitométrie (TDM) de l'abdomen et du pelvis est également utilisée dans le diagnostic du cancer du péritoine. Après le diagnostic de la maladie, la réalisation d'une TEP-TDM est importante pour l'évaluation du traitement.

Biopsie et laparoscopie : la biopsie est un test important pour préciser le diagnostic de certains types de cancer. Au cours de la laparoscopie, des échantillons de tissus sont prélevés par de petites incisions dans la peau de l'abdomen. Ces échantillons sont analysés en laboratoire pour déterminer s'ils contiennent des cellules cancéreuses. Si de l'ascite est présente, une partie du liquide peut être évacuée par une procédure appelée paracentèse. Ce liquide doit être examiné au microscope pour prouver la présence de cellules cancéreuses.