O diagnóstico de câncer de pulmão tipicamente começa com a detecção de uma massa ou uma aparência suspeita em um raio-X de tórax. O histórico médico do paciente, o uso de produtos de tabaco (cigarros, cachimbos, charutos, etc.), exposições ambientais ou ocupacionais e o histórico familiar de câncer são avaliados detalhadamente. Em casos de suspeita de câncer de pulmão, um médico pode solicitar uma citologia do escarro (exame microscópico de material obtido da mucosa brônquica através de uma tosse profunda). Este teste é um método de triagem simples e útil para detectar células cancerosas. Para um diagnóstico definitivo, o exame do tecido pulmonar (biópsia) é necessário. Isso é de importância crítica para determinar o tipo de câncer (de pequenas células ou não de pequenas células) e sua disseminação (metástase) ou estágio. A abordagem para acessar a massa é geralmente determinada sob orientação de tomografia computadorizada (TC), utilizando métodos como a biópsia por agulha fina ou broncoscopia. O diagnóstico de câncer de pulmão é confirmado após o exame patológico do material da biópsia. Se a doença se espalhou para outros órgãos, biópsias desses órgãos também podem ser coletadas para apoiar o diagnóstico. Uma vez diagnosticada, a doença é estadiada. O câncer de pulmão é um tipo de câncer não incluído nos programas atuais de rastreamento de câncer, tornando a detecção precoce (antes da disseminação para linfonodos ou outros órgãos) rara. A probabilidade de detectar a doença em um estágio inicial é de aproximadamente 15%. Embora a taxa de sobrevida em 5 anos para casos que não se espalharam para os linfonodos seja de 50%, essa taxa geralmente cai abaixo de 15% porque a doença frequentemente já se espalhou para órgãos próximos fora do pulmão no momento do diagnóstico. O diagnóstico precoce geralmente ocorre incidentalmente durante exames de rotina ou exames realizados para outra questão de saúde.