Os timomas frequentemente progridem sem sintomas perceptíveis e são descobertos incidentalmente durante exames diagnósticos para outras condições. A menos que esteja significativamente aumentado, um timoma pode não ser visível em uma radiografia de tórax padrão. O diagnóstico geralmente envolve a identificação de alterações no tamanho ou na forma da glândula timo em estudos de imagem como CT, MRI ou PET/CT (frequentemente realizados por outros motivos), seguida de uma biópsia. As amostras de biópsia podem ser obtidas através de biópsia por aspiração por agulha fina (BAAF), mediastinotomia ou cirurgia toracoscópica assistida por vídeo (VATS). Devido à precisão diagnóstica relativamente menor da BAAF, a VATS é o método mais comumente empregado para obter um diagnóstico definitivo.