胸部X线检查，是最简单易行，且廉价的检查方法。
胸部CT：能显示普通X线检查所不能发现的病变，显示肺门淋巴结及纵隔内受累的范围及程度。
核磁共振成像（MRI）：在发现肺部小病灶方面不如CT，但可较明显显示肿瘤与大血管之间的关系。在明确有无颅内转移时，增强MRI为首选。
正电子发射计算机体层扫描（PET）：全身PET在确定肺内肿块、淋巴结或远处转移方面精确性明显高于CT及放射性核素骨扫描。
痰细胞学检查：阳性率与肿瘤所在的部位、大小，痰的质量、是否并发感染等有关，中心型肺癌检出率较高，但难以明确类型，目前已不推荐应用。
纤维支气管镜：可以观察肿瘤的位置、大小及支气管腔内浸润范围，并取得组织行病理学检查。气道内超声是一项新技术，对于仅有气道受压而无腔内肿物的病变，此检查可以帮助明确病变范围，提高透壁活检的准确性。
经皮穿刺肺活检：在CT引导下完成，活检阳性率高达90%，若肿瘤含大部分坏死区则常呈假阴性。
纵隔镜：对于常规方法难以确诊的可考虑纵隔镜活检，对上纵隔淋巴结转移或前纵隔淋巴结侵犯的诊断意义较大。
胸腔镜和开胸活检：对难以确诊的周围型病变、纵隔病变或胸膜病变可考虑胸腔镜或开胸探查活检。
浅表淋巴结超声：SCLC易转移至锁骨上淋巴结，超声扫查颈部、锁骨上、腋窝等处确定淋巴结转移分期。
腹部超声、CT或MRI：肝脏及肾上腺是SCLC容易转移的部位，初诊患者应行腹部影像学检查明确分期。
头颅增强MRI：增强MRI对脑转移灶较CT更为敏感。
全身骨扫描：全身骨扫描提示高代谢的部位，应仔细询问病史、结合MRI确定是否为转移。
肿瘤标记物检查：主要标记物为NSE、CEA、SCC、CYFR21-1等，缺乏特异性，对病情监测有一定参考价值。