Akciğer kanseri tanısı, görüntüleme yöntemleri ve biyopsi ile konulur. Göğüs BT taraması, pulmoner nodüllerin değerlendirilmesinde temel görüntüleme yöntemidir. PET-CT, metastatik yayılımın değerlendirilmesinde kullanılır. Beyin MRI, SCLC ve ileri evre KHDAK'ta rutin olarak değerlendirilir.
Biyopsi örnekleri, histolojik tipin yanı sıra moleküler profilleme için de kullanılır. EGFR, ALK, ROS1, BRAF, MET, RET, KRAS, NTRK ve PD-L1 gibi biyobelirteçler, hedefe yönelik tedavi ve immünoterapi seçiminde kritik rol oynar. Sıvı biyopsi (dolaşımdaki tümör DNA analizi), tekrar biyopsiye alternatif olarak kullanılabilir.
Evreleme TNM sistemi ile yapılır. Evre 1-2 lokalize hastalığı, evre 3 bölgesel yayılımı, evre 4 ise uzak metastazı (genellikle beyin, kemik, karaciğer, adrenal bez) ifade eder. Doğru evreleme, tedavi stratejisinin belirlenmesinde hayati önem taşır.