小细胞肺癌通过体格检查、痰细胞学检查、影像学检查、气管镜检查、病理检查来确诊。体格检查呼吸道体征可见患侧肺语音震颤、呼吸音减弱，如果继发感染还可闻及痰鸣音。肺外体征主要是肿瘤累及引起，肿瘤压迫上腔静脉可导致颈静脉怒张，侵犯交感神经可导致同侧的眼睑下垂、瞳孔缩小、眼球内陷、面部无汗等。肿瘤产生的内分泌物质可导致指（趾）端甲床增生、膨大、关节痛、肌无力等；肿瘤慢性消耗可导致消瘦。痰细胞学检查小细胞肺癌脱落的癌细胞可随痰液咳出，痰细胞学检查找到癌细胞，可以明确诊断。中央型肺癌，特别是伴有血痰的病例，痰中找到癌细胞的机会较高。临床可疑肺癌者，应连续送检痰液3次或3次以上做细胞学检查。受限于痰液标本的采集、患者的配合等诸多因素的影响，临床上肺癌痰检的阳性率不高。肿瘤标志物检查神经元特异性烯醇化酶（NSE）升高是小细胞肺癌的重要特征，它可用于小细胞肺癌的辅助诊断和病情监测。注意除小细胞肺癌外，类癌、神经母细胞瘤和黑色素瘤也可出现NSE升高。前胃泌素释放肽（ProGRP）是小细胞肺癌的一种相对特异性肿瘤标志物，可与NSE联合检测以提高辅助诊断的准确性。影像学检查影像学检查在小细胞肺癌的诊断中具有重要意义。影像学检查包括对于肺原发病灶的评估，多以胸部CT或胸部增强CT为主，不但可以显示病灶的局部影像特征，还可以评估肿瘤范围、肿瘤与邻近器官关系、淋巴结转移状况。头颅MRI、全身骨显像、腹部超声在评价有无肿瘤转移中有重要作用。PET-CT检查可用于肺结节的鉴别诊断、肺癌分期、转移灶检测、疗效评价、肿瘤复发转移监测等。现在临床上已得到广泛应用。气管镜检查观察气管和支气管中的病变，并取得病理证据（包括在直视下钳取、刷检、肺泡灌洗、经气管的针刺活检）。病灶准确定位，对制定手术切除范围、方式有重要意义。发现可能同时存在的气管内原发癌。病理检查病理为诊断小细胞肺癌的金标准。病理诊断的标本可通过多种渠道获得，如气管镜活检、经皮的病灶穿刺活检、胸水的脱落细胞、经手术的取材等。