病理組織學診斷是唯一確定診斷的依據，目前，只有原發性肝細胞癌，可以根據甲胎球蛋白和相應的影像學診斷，在排除妊娠、慢性活動性肝炎等疾病的情況下，來確定診斷以外，所有的癌症患者，都必須依據病理組織學診斷來最終確定診斷。
獲取病灶組織的方法有多種：手術，穿刺，內窺鏡，可暴露組織器官的鉗取、刷檢，子宮內膜癌的刮宮等。每一種獲取方法都有它的適應症和禁忌症，而不同的疑似病人又具有不同的臨床特徵，比如肺癌患者往往首先考慮纖維支氣管鏡鉗取或毛刷刷取組織活檢，但是當病人合併咯血、嚴重呼吸功能障礙、嚴重心肌缺血或新發心梗等情況則屬於禁忌症，或者病灶屬於周圍性肺癌而又未累及段支氣管開口的病人，因為鏡子無法到達，所以也不應採用，而應該考慮穿刺取組織活檢。又如皮下腫塊手術切取組織活檢，在手術切取的時候，應該考慮完整切除活檢，而儘量避免部分切取。穿刺取病理組織活檢，目前得到了腫瘤臨床診斷的廣泛認可，但在穿刺前也要對根據病人病情特徵來選擇，比如病灶小又緊鄰大血管的情況，就不宜採用。
脫落細胞學檢查是因為病人特殊情況，無法通過獲取病理組織活檢得到病理診斷的情況下，可以通過胸水、腹水、心包積液、痰液等查詢癌組織脫落細胞來明確診斷。
獲得組織病理或細胞學診斷後，應做相關全面的檢查，以明確原發病灶周圍情況以及是否遠處轉移等，明確疾病分期，為下一步的臨床治療提供依據。
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