胸腺癌的X线、CT检查无特异性，确诊主要依靠病理检查。
1.免疫组化检查 是诊断胸腺癌以及将胸腺癌与恶性胸腺瘤、肺癌及其他恶性肿瘤相鉴别的最主要手段。细胞角蛋白单克隆抗体几乎和所有的胸腺癌呈阳性反应，并且不同的细胞角蛋白单抗的应用有助于胸腺癌亚型的诊断。
2.EB病毒抗体测定 目前在诊断胸腺类淋巴上皮癌时，可进行EBV抗体测定。患胸腺类淋巴上皮癌时其抗体滴度往往明显升高。
3.胸部X线检查 最常见表现是实质性肿块，阴影大多位于前上纵隔胸腺区域，其块影大小不一，形态多不规则，密度较浓尚均匀，为典型的实质性肿块表现。肿块若突向一侧胸腔，可与肺门及大血管阴影相重叠。少数病例可见胸骨骨质破坏表现。
4.CT检查 对判断胸腺癌有无外侵及外侵的程度有重要价值。常表现为前上纵隔呈类圆形或不规则形肿块，并可清晰地显示胸腔或心包积液的程度。增强CT片可清晰显示肿块与大血管关系，对手术方案的设计有十分重要的参考价值。