由于原发性肺癌源于气管、支气管上皮，因而肿瘤细胞会脱落于管腔，随痰液排出。痰液细胞学检查就是将怀疑肺癌患者排出的痰液进行涂片，然后在显微镜下观察，根据涂片中癌细胞形态特点，做出初步的细胞类型诊断。
痰液细胞学检查取样方便，方法简单易行，不需昂贵设备，病人无痛苦。痰检阳性率约60%～80%，痰液标本质量的好坏，直接影响细胞学诊断的准确性。符合标准的痰液应新鲜，咳去喉部积痰后，再用力深咳，从肺深部咳出痰液，灰白色、透明粘液痰，带血丝成分更好，并需立即送检(1小时内)，每个病人至少送检6～8次。一般认为中心型肺癌痰检阳性率较周边型高，小细胞肺癌细胞学诊断与病理组织学诊断符合率最高，其次为鳞癌，腺癌符合率最低。
对痰检阳性患者，再根据临床症状与胸片CT结果，肺癌诊断基本能确定，进一步明确了病灶位置、范围、与周围组织关系、分期和组织类型后，应迅速决定治疗方案。
对痰检结果为阴性者，若症状较典型，高度怀疑肺癌者，则宜反复多次作痰液细胞学检查，有些病例需10余次才能发现，并进一步行胸部X线、CT及气管镜检查；已发现胸部病灶，但痰检阴性者，也可以用肺穿刺活检，甚至行手术探查。对症状不典型，肺癌可能性不大者，宜密切随访，直至诊断确定。
