虽然胸腔积液细胞涂片、胸穿胸膜活检和胸腔积液细胞块切片可以作出恶性的诊断，但不能鉴别胸膜转移性腺癌和恶性间皮瘤。主要是通过光镜、电镜、组织化学、免疫组化、透明质酸测定等方法同胸膜转移性腺癌相鉴别。
比较肯定的对恶性间皮瘤作出诊断的技术有3种，即高碘酸-希夫液做组织化学染色，以角朊和癌胚抗原作免疫过氧化物酶检验和电子显微镜检查。为进行这些检查，活检标本必须立刻用中性福尔马林液固定，另一小块肿瘤活检标本注定在戊二醛液中供作电镜检查使用。
1.高碘酸-希夫染色(PAS) 是惟一可靠的组织化学方法，它能辨别恶性胸膜间皮瘤与腺癌，虽然各种转移性腺癌的特性不相同，但在淀粉酶消化后出现强阳性空泡，即可诊断为腺癌而非恶性胸膜间皮瘤。
2.免疫过氧化物酶技术 是使用抗体作用于角朊蛋白和癌胚抗原(CEA)，对癌胚抗原作免疫过氧化物酶染色，恶性胸膜间皮瘤的染色一般很淡或不着色。相反，腺癌染色中等和很浓。此外，以免疫过氧化物酶对角朊作研究，也显示间皮瘤与腺癌有明显的差别。目前已发现8个标志可作鉴别用：肿瘤合并糖蛋白72(B72.3)，Leu-Mi，Vi-mentin，血栓调治素，黏蛋白成分，癌抗原125及重碘酸希夫液和淀粉酶。癌胚抗原阳性对腺癌有100%的特殊性和敏感性。由于癌胚抗原检验常有假阴性，故最好选用2个肿瘤标志，一般使用CEA和B72.3。如两者阳性对腺癌有100%的特殊性和88%的敏感性;如两者均阴性，对间皮瘤有100%的特殊性和97%的敏感性。
3.电子显微镜检查 恶性胸膜间皮瘤区别于肺、乳腺癌和上胃肠道来源的腺癌是它表面的微绒毛细而长，且有分支，张力丝较丰富，无微绒毛的小根和片装体;来源于卵巢和子宫内膜的转移性腺癌具有内在的组织变形，包括丰富的粘蛋白小滴、大量纤毛、密集的核颗粒，这些变化在间皮瘤是不存在的，腺癌的绒毛短且粗。