血痰がある人や肺門部型肺がんが疑われる人は，先ず朝一番の痰を自分で採ってもらいその中にがん細胞が混ざってないか顕微鏡で調べます（喀痰細胞診検査）。この検査で異常があればさらに詳しい検査が必要になります。

肺がんが体にできた時に血中に増える物質（腫瘍マーカー）を測定します。代表的な腫瘍マーカーとしてCEAがあり，健康診断の検査項目に入っていることもあります。CEAは肺の腺がんが発生したときに上昇することが多い腫瘍マーカーですが，胃がんや大腸がんなどの代表的な腫瘍マーカーでもあります。さらに，肺炎などの良性疾患により増える人や元から腫瘍マーカーが高い人がいるため，腫瘍マーカーが高いだけでは体の中にがん（悪性腫瘍）ができているかどうかの判断はつきません。逆に，腫瘍マーカーが増えない肺がんもあります。

肺がんは大きく分けると小細胞肺がんとそれ以外の非小細胞肺がんに分けられます。小細胞肺がんは，胸の中のリンパ節や他の臓器に転移をし易いがんですが，抗がん剤治療や放射線治療がよく効きます。非小細胞肺がんはさらに，腺がん，扁平上皮がん，大細胞がんなどに分けられます。非小細胞肺がんは種類により効果のある抗がん剤が決まっており最善の治療を行うためには，腫瘍の組織を採取し顕微鏡で観察して種類を決定すること（病理学的診断）が必須です。

小細胞肺がんの病期は，腫瘍がある側の肺と近くのリンパ節（胸の中または腫瘍がある側の首の根本のリンパ節）までに転移がとどまる限局型と，胸の外の臓器（脳，骨・骨髄，副腎，肝臓など）まで転移した進展型に分けられます。限局型は一般に，抗がん剤治療と胸部への放射線治療の併用療法が行われます。進展型は，抗がん剤治療が主な治療となりますが，脳転移や骨折の危険があるような骨転移に対しては局所的な放射線治療を加えることもあります。

これまでの知見から，もとの腫瘍の大きさ（腫瘍径）が7cm以下で，もとの腫瘍がある側だけにリンパ節転移が限局し，他の臓器への転移がないと診断された非小細胞肺がんは，手術療法（外科的切除術）のよい対象です。しかし，重篤な併存疾患（重症の慢性肺気腫は肺線維症，重篤な心疾患，他のがんなど）を持つ患者や本人が手術を希望しない患者は外科的治療を行わず代替治療を選ぶことがあります。腫瘍径が7cmより大きい，もとの腫瘍がある反対側にリンパ節転移がある，他の臓器に転移があると診断される進行肺がんは，主に抗がん剤治療と放射線治療が行われます。近年の肺がんの抗がん剤における著しい進歩のひとつに分子標的治療薬の臨床応用があります。この治療は病理学的診断に使用した腫瘍組織の遺伝子を調べることにより前もって70～80％の確率で分子標的薬の効果予測が可能です。

肺がんの発生する気道や肺胞は痛みを感じないため大きくなるまで発見されないことも少なくありません。そのため受診時には呼吸器症状がなくても，体重が減り食欲もなく外科的治療や内科的治療を受ける体力が無くなっている人がいます。また，高齢などの理由で負担のかかる肺がんの治療を望まない人も含め，骨の痛みなどの肺がんのつらい症状や不安や恐怖などの精神的苦痛を前もって和らげ取り去る方法が緩和治療です。もちろん外科的治療や内科的治療を受けている人も緩和治療を平行して行います。