Η διάγνωση μεσοθηλιώματος μπορεί να επιτευχθεί με την κλινική εξέταση, τη λήψη λεπτομερούς ιστορικού  και τη χρήση απεικονιστικών εξετάσεων, όπως η αξονική θώρακος. Οριστική όμως διάγνωση, μπορεί να τεθεί με την ανεύρεση καρκινικών κυττάρων μετά από βιοψία του υπεζωκότα ή σε κυτταρολογική εξέταση συλλογής υγρού γύρω από τον πνεύμονα.