Тимомы часто развиваются без заметных симптомов и нередко обнаруживаются случайно во время диагностических обследований по поводу других заболеваний. Если тимома не значительно увеличена, она может быть не видна на стандартном рентгеновском снимке грудной клетки. Диагностика обычно включает выявление изменений размера или формы вилочковой железы при проведении визуализирующих исследований, таких как КТ, МРТ или ПЭТ/КТ (часто выполняемых по другим причинам), с последующей биопсией. Образцы для биопсии могут быть получены с помощью тонкоигольной аспирационной биопсии (ТАБ), медиастинотомии или видеоассистированной торакоскопической хирургии (ВАТС). Из-за относительно более низкой диагностической точности ТАБ, ВАТС является наиболее часто используемым методом для получения окончательного диагноза.