纵隔肿瘤在形态上与原发或继发的肺肿瘤、肿大淋巴结、血管瘤等有时颇难区别。常用检查方法如下。
1.X线检查：是诊断纵隔肿瘤的重要手段。透视检查可观察肿块是否随吞咽上下移动、是否随呼吸有形态改变以及有无搏动等。由于常见的纵隔肿瘤都有其特定的好发部位，因而后前位和侧位胸部摄片往往能够初步判定肿瘤的类别。体层摄片可准确显示肿块层面结构及其与邻近组织器官的关系，弥补平片的不足。食管吞钡检查可了解食管受压情况。用二氧化碳做纵隔充气造影可了解肿瘤与纵隔组织器官的关系。
2.CT扫描与磁共振检查(MRI)：CT扫描与MRI的应用极大地提高了纵隔肿瘤和囊肿的诊断准确率。CT空间分辨率较高，对显示病变边缘征象、问质性病变与小结病变较MRI好，CT能清楚地显示各种病变的钙化灶，是诊断畸胎瘤的最佳影像方法。MRI在肿瘤与大血管疾病鉴别时不需要造影剂，能够准确地显示血管受侵情况，矢状面和冠状面的图像能够清楚的显示肿瘤的解剖，在判断神经源性肿瘤有无椎管内或硬脊膜内扩展方面优于CT。
3.超声检查：有助于了解肿瘤为囊性或实性，肿瘤的具体位置及其与心脏、大血管等的关系，并能在其指引下穿刺活检。
4.放射性核素扫描：怀疑胸内甲状腺肿，可作放射核素131碘扫描，对异位甲状腺肿，甲状腺瘤的诊断很有帮助。
5.标记物检查：年轻的前纵隔肿瘤病人应行甲胎蛋白(AFP)和B绒毛膜促性腺激素(B-HCG)的检查。若二者之中的一个升高或二者均升高，则有可能是非精原性恶性生殖细胞瘤。后纵隔(脊柱旁)肿瘤的婴儿和儿童应检查肾上腺素和去甲。肾上腺素的水平，以除外神经母细胞瘤等。
6.活体组织检查：方法有纵隔镜检查术、手术探查及经皮穿刺等。纵隔镜不仅能采取标本，还能估计肿瘤切除的可能性。
7、纤维支气管镜或纤维食管镜检查 有助于明确支气管受压情况、程度，肿瘤是否已侵入支气管或食管，从而估计手术切除的可能性。
8、诊断性气胸 可判断肿瘤发生于胸壁或肺脏，肺内或肺外。诊断性气腹可区别膈下因素，如肺疝等。
9、纵隔充气造影 对显示前纵隔肿瘤的形态和明确有无纵隔淋巴结转移，颇有帮助。
10、纵隔镜检查 对明确气管旁、隆突下有无肿大的淋巴结，并可钳取活组织明确病因诊断。
11、颈淋巴结活组织检查 支支管淋巴结核和淋巴瘤常伴有周围淋巴结和颈淋巴结受累，活组织检查有助于诊断。
12、诊断性放射治疗 怀疑恶性淋巴瘤，经其他检查未能证实时，可试用放射治疗。恶性淋巴瘤对放射较敏感，照射20～30Gy(2000～3000rad)，肿瘤迅速缩小。
13、剖胸探查 经各种检查未能明确肿瘤性质，但已除外恶性淋巴瘤者，在全身情况许可下，可作部胸探查。