肺癌由于发病部位不同、病理类型不同，所采取的病理诊断方法也不同，一般根据检验的目的及不同的临床表现采取以下几种方法：
（1）痰脱落细胞学检查：由于癌细胞间的细胞连接结构发育较差，易脱落，为病理诊断提供了方便，此法简便易行，连续多次痰液检查，绝大多数肺癌均可早期发现，尤其中央型肺癌更易早期发现。但某些情况下，如肺部某些非肿瘤性病变，增生的肺泡上皮细胞或巨噬细胞易误诊为癌细胞，应特别注意。痰脱落细胞学检查可早期发现病变，但部分不能确诊，应正确对待痰脱落细胞学检查结果。
（2）纤维支气管镜活检：疑为中央型肺癌者最好做纤维支气管镜活检。纤维支气管镜活检组织尽管体积小，但在显微镜下具有一定的组织结构，根据其病理组织学表现既可确定其病理类型，又可根据活检部位定位，是病理诊断肺癌的可靠手段。
（3）经皮穿刺肺活检：疑为周围型肺癌时可经皮穿刺活检获取组织行病理学检查，意义同纤维支气管镜检。
（4）免疫组织化学检查：肺癌类型较多，肺外肿瘤也可转移到肺内，当组织结构及细胞形态相似，分型分类困难时，需借助免疫组织化学辅助诊断。
（5）开胸切取组织冰冻检查：如上述方法不能确诊或鉴别良恶性有困难时，应开胸切取组织行冰冻切片检查。
（6）电镜检查：对于分化较差的肿瘤，由于缺乏明显的组织学特征，光镜检查比较困难，可做电镜检查协助诊断。
