X线、CT等影像学检查有助诊断。

　　恶性畸胎瘤可出现甲胎蛋白（AFP）、β-人绒毛膜促性腺激素（β-HCG）升高；甲状旁腺肿瘤患者可以出现血钙升高；部分胸骨后甲状腺患者可以伴有甲状腺激素水平改变；某些类癌可以伴有肾上腺皮质激素分泌异常；成神经细胞瘤或者成神经节细胞瘤需要进行去甲肾上腺素、肾上腺素测定。

　　X线透视能够提供肿瘤大小、部位、密度、成分等信息。CT可以区别脂肪、血管、囊肿及软组织肿块、明确肿瘤与周围结构间的关系。增强CT能够发现心脏大血管的受累情况，已经成为纵隔肿瘤诊断中的常规检查。CT检查并不能区分纵隔肿瘤的良恶性，但它有时候能提示肿瘤侵犯邻近结构或有无胸内脏器的转移。

　　CT三维重建技术使得MRI的应用有所减少。但对造影剂过敏的患者更适合MRI检查。MRI能够评价软组织肿瘤的组成，评价神经源性肿瘤对椎间孔和椎管内的影响程度，评价纵隔肿瘤与血管、支气管的关系。

　　B超检查能够鉴别纵隔内肿瘤系囊性、实质性或混合性，对胸骨后甲状腺肿、延伸到纵隔内的颈部囊肿以及靠近胸壁的肿块的诊断有较大帮助。多普勒超声能够分辨肿块内血流的情况，对心包旁肿块的诊断有一定帮助。经食管超声（TEE）有利于评价纵隔肿瘤与心脏大血管的关系。

　　对怀疑肿块为甲状腺来源者，131 I或123 I核素扫描有助于明确诊断，对胸骨后功能性甲状腺肿诊断的敏感性和特异性较高。

　　正电子发射扫描（PET）可以在早期诊断肿瘤的生物学改变，检测肿瘤代谢情况，并且能够评价全身有无转移灶。

　　活组织穿刺检查适用于临床上高度怀疑恶性淋巴瘤者，或肿瘤巨大、难以切除干净的情况，以便明确诊断，制订治疗方案。尽可能采取粗针穿刺的方法，避免细针穿刺的不足带来诊断的困难。随着腔内技术如经气管镜、食管镜穿刺活检以及经纵隔镜、胸腔镜技术的开展，几乎能够完成全部纵隔肿瘤的活检。但对囊肿、包膜完整的肿瘤一般主张直接手术切除，特别是考虑诊断为胸腺瘤时。