通常基于个人症状、体检结果和有时通过筛查检验的结果怀疑癌症。偶尔，出于其它原因（例如损伤）拍摄的 X 光片显示出可能为癌症的异常迹象。证实癌存在需要其它检查（称作诊断性检查）。
在诊断癌症后，将它分期。分期是描述癌已发展为何种程度的方法，包括癌的大小、是否已经扩散至临近组织或扩散至更远的淋巴结或其它器官等标准。
影像学检查
活检
通过借助穿刺活检或手术获取肿瘤样品并且依靠显微镜检查来自可疑区域的样品找出癌细胞，从而确定癌症。通常，样本必须是一片组织，虽然有时血液检查已足够（例如在白血病情况下）。获得组织样品称作活检。
可以通过用解剖刀切下一小片组织进行活检，不过很常见地，使用空心针获得样本。这类检查通常在无需住院过夜的情况下进行（门诊程序）。医生经常使用超声检查或 CT 指引针具抵达正确位置。因为活检可能疼痛，所以通常给予患者局部麻醉药以麻痹该区域。
肿瘤标志物
当检查发现或成像检测结果提示癌症时，测量血液中肿瘤标志物（某些肿瘤分泌到血液中的物质）的水平，可以提供支持或推翻癌症诊断的额外证据。在已经诊断患有某些类型癌症的患者中，肿瘤标志物可以可用于监测治疗的有效性和检测可能的癌症复发。对于一些癌症，肿瘤标志物的水平在治疗后降低，并且如果癌复发，则其升高。
某些肿瘤标志物不能在血液中测量，而是可以在肿瘤细胞上发现。通过检查活检样本的组织发现这些标志物。HER2 和 EGFR 是肿瘤细胞上发现的肿瘤标志物的示例。
一些肿瘤标志物*
肿瘤标志物 | 描述 | 对检查的评论 |
|---|---|---|
甲胎蛋白（AFP） | 甲胎蛋白水平升高经常发现于肝癌（肝细胞癌）患者的血液中。此外，甲胎蛋白升高经常见于患有某些卵巢癌或睾丸癌的人中。 | 检查可以用于监测治疗和可能用于肝硬化（因酒精或病毒性肝炎所致的肝损伤）患者中的癌症诊断。 |
β-人绒毛膜促性腺激素（β-HCG） | 这种激素在妊娠期间产生，也在患有胎盘源癌症的女性和患有睾丸癌的男性中出现。 | 检查可以可用于诊断这类癌症和用于监测治疗。 |
β-2（ß2）-微球蛋白 | 不推荐这项检查用于癌症筛查。 | |
降钙素 | 降钙素由甲状腺的某些细胞（C 细胞）产生。甲状腺髓样癌中其血液水平升高。 | 这项检验可以用来检测癌的存在并且监测甲状腺髓样癌对治疗的反应。 |
糖抗原 125（CA-125） | 其水平可能在患有多种妇科疾病（包括卵巢癌）的女性中升高。 | 不推荐这项检查用于癌症筛查。 |
糖抗原 19-9（CA 19-9） | 其水平可能在消化道癌患者、尤其胰腺癌患者中升高。 | 这项检查用于监测治疗反应并用于诊断起源未知的肿瘤。 |
糖类抗原 27.29（CA27.29） | 其水平可能在乳腺癌患者中升高。 | 这项检验可以用于监测治疗。 |
癌胚抗原（CEA） | 其水平可能在结肠癌患者的血液中升高。其血液水平也可能在其它癌症患者或非癌性炎性疾病患者中升高。 | 在结肠癌手术后，检查可以用于监测治疗及检测复发。 |
前列腺特异性抗原（PSA） | 其水平在非癌性（良性）前列腺肥大男性中升高并且通常在前列腺癌男性中明显更高。PSA 水平升高的男性应当由医生进一步评估。 | 检查可以用于筛查癌症并且有助于检测治疗后复发。 |
甲状腺球蛋白 | 其水平可能在甲状腺癌患者或良性甲状腺疾病患者中升高。 | 这项检查不推荐用于例行筛查，但是可能有益于监测甲状腺癌的治疗反应。 |
* 因为肿瘤标志物也可以由非癌性组织产生，所以医生通常不使用它们筛查健康人。例外情况可能包括对于前列腺癌的前列腺特异性抗原和对于肝细胞癌风险人群的甲胎蛋白。在遗传性甲状腺髓样癌（罕见疾病）的家族中，血液中的降钙素水平还可能是有用的筛查检查。 | ||
癌症分期
在癌症确诊后，分期检查根据癌的位置、大小、生长入附近结构，以及扩散至身体其它部位的情况，来帮助确定癌的范围有多广。癌症患者有时在分期检查期间变得不耐烦和焦虑，希望迅速启动治疗。然而，分期允许医生确定最适当的治疗以及有助于确定预后。
分期可使用扫描或其它影像学检查，例如 X 光、CT、MRI、使用放射性物质的骨扫描或正电子发射断层扫描（PET）。分期检查的选择取决于癌症类型。CT 用来检测身体多个部位的癌，部分包括脑、肺和腹部的部分，包括肾上腺、淋巴结、肝和脾。MRI 在检测脑癌、骨癌和脊髓癌方面具有特殊价值。
出于分期目的，经常需要活检以证实肿瘤的存在，并且活检有时可以与癌症的初始外科治疗一起进行。例如，在取出结肠癌的剖腹术（腹部手术）期间，外科医生取出附近淋巴结以检查癌症扩散情况。在乳腺癌手术期间，外科医生活检或取出位于腋窝的淋巴结（癌可能扩散的的第一批淋巴结，也称作前哨淋巴结）以确定乳腺癌是否已经在此扩散。扩散的证据以及原发肿瘤的特征有助于医生确定是否需要进一步治疗。
当分期仅基于初始活检结果、体检和成像时，分期称作临床分期。当医生利用外科手术或额外活检的结果时，分期称作病理学分期或手术分期。临床和病理（手术）分期可能不同。
除成像检查之外，医生经常应用血液检查以了解癌是否已经开始累及肝、骨或肾。
癌症分级
分级是对癌症生长或扩散速度（称为侵袭性）的衡量。癌症的分级可帮助医生确定预后。分级通过检查活检期间获得的组织样本来确定。分级基于显微镜检查中癌细胞外观异常的程度。外观异常程度越高的细胞越具侵袭性。对于许多癌症，已经制定出分级量表。
