怀疑小细胞肺癌时，要做全面的影像学和准确的病理学检查。当肺CT平扫或胸部X线提示肺部存在占位，怀疑为恶性时，首先要对患者行基线检查、明确疾病分期，主要依靠影像学手段，检查包括：进一步查肺增强CT、全腹部CT、头CT或MRI以及骨扫描，有条件的患者可以直接行PET-CT。同时要通过有创手段对病灶进行组织活检，小细胞肺癌一般生长在肺门部，通过纤维支气管镜直视刷检、活检以及支气管灌洗获取细胞学和组织学诊断，周围型肺癌可以选择CT引导下肺穿刺活检、有浅表淋巴结转移的患者可以选择超声引导下淋巴结穿刺活检、伴有胸腔积液的患者可抽取积液送检细胞病理学。肿瘤标志物作为小细胞肺癌的辅助诊断检验，包括NSE、proGRP等应常规检验。患者血常规、肝肾功生化指标对于放化疗十分重要，因此也需要在入院后积极检查。由于小细胞肺癌没有特异性的基因靶点，因此不推荐行基因检测。