Η διερεύνηση πρέπει να συνεχιστεί με λήψη βιοψίας από τη μάζα ή τον όζο. Η ταυτοποίηση και ανεύρεση του ιστολογικού τύπου του καρκίνου του πνεύμονα όπως και το στάδιο που βρίσκεται η ασθένεια υπαγορεύει τη θεραπευτική προσέγγιση που είναι πολλαπλή, χειρουργική-ακτινοβολία-χημειοθεραπεία-ανοσοθεραπεία. Ο τύπος περιλαμβάνει το μη μικροκυτταρικό καρκίνωμα, που εμπεριέχει το αδενοκαρκίνωμα και το καρκίνωμα από το πλακώδες επιθήλιο, όπως και το μικροκυτταρικό καρκίνωμα του πνεύμονα. Η σταδιοποίηση, επίσης, είναι πολύ σημαντική, καθώς εάν είναι εκτεταμένος ή τοπικά προχωρημένος, δηλαδή επιθετικός, ο καρκίνος του πνεύμονα καταδεικνύεται κυρίως από τις απομακρυσμένες μεταστάσεις, που επιβεβαιώνονται στο PET, αλλά και από την τοπική επέκταση, που ορίζεται από την μετάσταση στους λεμφαδένες του μεσοθωρακίου ή τους πυλαίους. 

Ο ενδοβρογχικός υπέρηχος είναι μία εξέταση που επιδεικνύει μεγάλη ευαισθησία (90%) και ειδικότητα (80-90%), καθώς λαμβάνει υλικό μέσω βρογχοσκοπίου από τον λεμφαδένα με καθοδήγηση υπό υπέρηχο στον ίδιο χρόνο. Οι επιπλοκές είναι ελάχιστες, ενώ το όφελος τεράστιο, καθώς γίνεται διάγνωση και σταδιοποίηση ταυτόχρονα. Το υλικό που λαμβάνεται γίνεται προσπάθεια να είναι αρκετό για μοριακή ταυτοποίηση. Ανάλογα με τον λεμφαδένα που είναι διηθημένος, μπορούμε να κατατάξουμε έναν ασθενή εάν μπορεί να χειρουργηθεί, καθώς το χειρουργείο προσφέρει πολύ καλά αποτελέσματα σε ασθενείς με περιορισμένη νόσο. Εάν ο καρκίνος του πνεύμονα είναι εκτεταμένος, άλλες επιλογές είναι οι καλύτερες, όπως η χημειοθεραπεία, η ανοσοθεραπεία και η ακτινοβολία. Το αδενοκαρκίνωμα, κυρίως, είναι πολύ καλά μελετημένο για ορισμένες μεταλλάξεις, που οδηγούν στη χρήση φαρμάκων, καινούργιων, που ονομάζονται ανοσοθεραπείες, με πολύ καλά αποτελέσματα και καλύτερη πρόγνωση από ότι προηγουμένως. 

Άλλες μέθοδοι βιοψίας είναι η βρογχοσκόπηση με λαβίδα, κρυοβιοψία, βρογχοκυψελιδική έκπλυση, ψύκτρα, καθοδηγούμενη βρογχοσκόπηση με αξονικό και πολύ λεπτό βρογχοσκόπιο, περιφερικός υπέρηχος, κ.α., εφόσον ο καρκίνος είναι ορατός στον βρόγχο, όπως είναι πολλά αδενοκαρκινώματα και πλακώδη καρκινώματα, αλλά και μικροκυτταρικά καρκινώματα. Τέλος, η βιοψία με βελόνα υπό καθοδήγηση με αξονική τομογραφία είναι μια λύση, εάν δεν μπορεί να προσεγγιστεί ο καρκίνος του πνεύμονα με άλλο τρόπο. Άλλες εξετάσεις που μπορεί να χρειαστούν για τη διάγνωση και την σταδιοποίηση είναι η θωρακοσκόπηση και η μεσοθωρακοσκόπηση, που αποτελούν πιο επεμβατικές τεχνικές.