1、常规检查
(1)外观：漏出液常呈清晰，透明的液体，多为淡黄色，静置不凝固，比重<1.016～1.018，渗出液可因病因不同颜色有所不同，混浊，比重>1.018，血性胸腔积液可因出血(含红细胞)多少呈淡红血性，洗肉水样，肉眼全血(静脉血样)性，结核性胸腔积液可有草绿色，淡黄或深黄色，淡红色等，脓性积液则呈黄脓性，厌氧菌感染有恶臭味，阿米巴肝脓肿破入胸腔引起积液呈巧克力色，曲菌或铜绿假单胞菌感染则胸液分别呈黑色和绿色，乳糜胸液呈乳白色，可自凝。
(2)细胞计数和分类：漏出液的细胞数较少，有核细胞数常少于100×106/L，以淋巴细胞和间皮细胞为主，渗出液的细胞数较多，有核细胞数常多于500×106/L，以白细胞为主，肺炎并胸腔积液，脓胸时细胞数可达10×109/L以上，胸腔积液中红细胞数超过5×109时，胸腔积液可呈淡红色，红细胞10×1010/L以上，呈肉眼血性胸腔积液，主要见于外伤，肿瘤，肺栓塞，但尚需与胸穿损伤所致的血性胸腔积液相鉴别，胸腔积液中以中性粒细胞为主，提示细菌性肺炎，胰腺炎等急性胸膜炎症;结核性胸膜炎或肿瘤所致胸腔积液则以淋巴细胞为主;嗜酸性粒细胞增多，主要见于寄生虫感染，真菌感染，自发性气胸，结核性胸腔积液反复抽液后，肺梗死，胸部外伤等，恶性胸膜间皮瘤或恶性肿瘤累及胸膜时，胸腔积液中间皮细胞增多，常可超过5%，非肿瘤性胸腔积液间皮细胞<1%，系统性红斑狼疮伴胸腔积液时胸腔积液中可找到狼疮细胞。
2、生化检查
(1)pH：结核性胸腔积液，肺炎并发胸腔积液，类风湿性胸腔积液，血胸，脓胸时胸腔积液pH<7.30，而在脓性胸腔积液，食管破裂所致的胸腔积液下降更显著，甚至pH<7.0，SLE及恶性胸腔积液时pH常>7.35。
(2)蛋白质：漏出液蛋白含量低，<30g/L，以白蛋白为主，胸腔积液/血液中蛋白质含量比值<0.5，黏蛋白试验(Rivalta试验)阴性，渗出液中蛋白含量高，>30g/L，胸腔积液/血液中蛋白质含量比值>0.5，Rivalta试验阳性。
(3)葡萄糖：正常胸腔积液中葡萄糖含量与血糖相近，漏出液内葡萄糖含量常正常(>3.35mmol/L)，恶性肿瘤所致的胸腔积液葡萄糖也多正常，葡萄糖含量下降主要见于类风湿关节炎并发胸腔积液，结核性胸腔积液，化脓性胸腔积液，少数恶性胸腔积液，而其中脓性胸腔积液和类风湿关节炎并发胸腔积液的葡萄糖可低于1.10mmol/L。
(4)类脂：乳糜性胸腔积液中含较多甘油三酯(含量>1.2mmol/L)，且其成分改变与饮食内容相关，主要见于肿瘤，寄生虫或外伤等原因导致胸导管压迫或破裂，胸液苏丹Ⅲ染色呈红色，而胆固醇含量正常，在假性乳糜性胸腔积液中胆固醇含量高(>26mmol/L)，主要由于胆固醇积聚所致，见于陈旧性结核性胸腔积液，类风湿关节炎性胸腔积液，癌性胸腔积液，肝硬化等，通常甘油三酯阴性，苏丹Ⅲ染色阴性。
3、酶学测定
(1)腺苷脱氨酶(ADA)：ADA广泛存在于机体的组织细胞中，其中淋巴细胞及单核细胞内含量高，以>45U/L为升高，结核性胸腔积液ADA常明显升高，可高达100U/L，感染性胸腔积液，如肺炎并发胸腔积液，化脓性胸腔积液等ADA也可升高，>45U/L，肿瘤性胸腔积液ADA通常下降(<45U/L，甚至<20U/L)， ADA<45U/L也可见于类风湿关节炎性胸腔积液，SLE并发胸腔积液。
(2)乳酸脱氢酶(LDH)：胸液中LDH含量，胸液LDH/血清LDH的比值有助于判断胸腔积液性质，胸液中LDH含量>200U/L，胸液LDH/血清LDH的比值>0.6，则可诊断为渗出液，反之考虑为漏出液，在化脓性胸腔积液或恶性胸腔积液时LDH可明显增高，可达正常血清的10～30倍，其中恶性胸腔积液LDH与患者自身血清中LDH比值达35倍以上，LDH同工酶LDH2增高，提示恶性胸腔积液，而以LDH4，LDH5增高为主，可能为良性胸腔积液。
(3)其他：肺癌 (主要为小细胞肺癌)胸膜转移并胸腔积液时胸液中神经烯醇化酶(NSE)升高，结核性胸腔积液中血管紧张素转化酶(ACE)明显升高(≥25u/L)，结核性胸腔积液溶菌酶活性常>80μg/ml，而恶性胸腔积液溶菌活性<65μg/ml，溶菌酶活性愈高，结核性胸腔积液可能性愈大，前列腺癌胸膜转移伴胸腔积液酸性磷酸酶升高，急性胰腺炎，食管破裂，恶性肿瘤并发胸腔积液时，胸液淀粉酶可升高，胰腺炎患者约10%可并发胸腔积液，胰腺酶特别是淀粉酶溢出进入胸腔积液中，甚至高于血清淀粉酶水平。
4、癌胚抗原(CEA)及血清糖链肿瘤相关抗原
(CA50，CA125，CA19-9) CEA为多种肿瘤相关的标志物，恶性胸腔积液中CEA含量也增高，可作为恶性胸腔积液的鉴别诊断的标志之一，CEA>10～15μg/L或胸液/血清CEA比值>1，常提示恶性胸腔积液，而CEA>20μg/L，胸液/血清CEA>1诊断恶性胸腔积液的敏感性和特异性均超过90%，胸液CEA对于腺癌尤其是血清中分泌CEA的胃肠道肿瘤，肺腺癌，乳腺癌所致胸腔积液的诊断价值更高。
胸腔积液中CA50水平高于血清，CA50>20U/ml考虑恶性胸腔积液可能，胸液中CA125，CA19-9在恶性胸腔积液中升高，敏感性为100%，36%，特异性为10%和96%，对恶性胸腔积液诊断有一定的参考价值，CEA，CA50，CA125，CA19-9等联合检测用于恶性胸腔积液的诊断有利于提高敏感性和特异性。
5、免疫学检查
结核性和恶性胸腔积液中淋巴细胞均见升高，前者以CD4 辅助淋巴细胞为主(65%±)，而后者CD4 细胞数量及CD4 /CD8 比值较前者低。
肿瘤性胸腔积液胸液IL-1β，IL-2，sIL-2R(可溶性IL-2受体)，IL-6，IL-8，PDGF(血小板衍生的生长因子)，IFN-γ(γ干扰素)，TNF(肿瘤坏死因子)常下降，且低于结核性胸腔积液。
细菌性肺炎，结核病，癌症，风湿热伴有胸腔积液胸液中类风湿因子滴度常升高，达1∶160以上，系统性红斑狼疮，类风湿关节炎性胸液中补体成分(CH50，C3，C4)降低，相反胸液中免疫复合物含量升高，其胸液含量/血清含量比值常大于1。
6、细胞学检查
恶性胸腔积液约40%～80%患者可检出恶性细胞，反复多次检查有助于提高检测阳性率，初次阳性率40%～60%，连续3次以上可提高达80%，此外恶性肿瘤是否累及或侵犯胸膜，肿瘤组织细胞类型，诊断者技术水平与检出阳性率密切相关，胸液中细胞染色体数目和形态变异，若以超二倍体为主，且属非整倍体有染色体结构异常，则恶性胸腔积液可能性大，应用DNA流式细胞分析仪免疫组织化学分别检出胸液中细胞DNA含量和恶性肿瘤细胞重要相关抗原，用于诊断恶性胸腔积液，与细胞学检查联合应用可显著提高诊断敏感性。
7、病原学检测
采集胸腔积液于无菌试管内，离心沉淀物可行普通细菌，真菌，结核分枝杆菌等培养，沉淀物涂片革兰染色或抗酸染色分别查找普通细菌，真菌，结核分枝杆菌，结核分枝杆菌的快速诊断方法详见结核病章节，胸液有时还需行厌氧菌培养，寄生虫(如阿米巴原虫，肺吸虫)检测。
8、X线检查
胸腔积液可呈游离性积液，也可因粘连形成局限性积液，游离性积液分布受积液重力，肺组织弹性回缩力，液体表面张力和胸膜腔负压影响，在X线胸片上胸腔积液量判断：积液在第4前肋间以下称为少量胸腔积液，第4与第2前肋间之间属于中等量积液，积液位于第2前肋间以上为大量胸腔积液，少量积液时，直立位尤其平卧位X线检查不易发现，当积液量达0.3～0.5L时，仅示肋膈角变钝，有时难以与胸膜增厚鉴别，常需在X线透视下缓慢侧倾斜变换体位加以区别，随着积液增多，肋膈角消失，且凹面向上，向外侧的，向上的弧形的积液影(图2)，当出现大量积液时，整个患者胸腔呈致密影，纵隔气管被推向健侧，局限性积液可发生于胸腔的任何部位，通常分为叶间积液，肺底积液，肺尖积液，壁层积液和纵隔旁积液，它不随体位改变而变动，边缘光滑饱满，叶间或纵隔旁积液普通X线检查难以与其他疾病相鉴别，常需B超或CT检查进一步确诊。
9、CT和MRI
CT用于胸腔积液诊断有其特殊优点，适用于：①普通X线检查难以显示的少量的胸腔积液;②通过病灶密度观察将局限包裹性积液与其他病变加以鉴别;③显示胸腔积液同时，可了解肺组织受压和肺内是否存在病变等，卧位时积液主要集中在背部，并向外侧胸壁延伸，形成斜弧形液面，MRI也具有较高分辨力，可检测少量胸腔积液，非出血性或细胞和蛋白成分较低时，T1加权为低信号，反之则为中，高信号，积液量与信号强度无关，胸腔积液T2加权均为强信号。
10、超声检查
胸腔积液可采用A型或B型超声仪，目前多采用实时灰阶B型超声诊断仪，积液在B超图像中呈暗区或无回声区，较易区分，但在积液量甚少时B超图像不能很好显示，使识别较难，不及CT敏感，B超引导下胸腔积液穿刺可用于局限性胸腔积液或粘连分隔胸腔积液的诊断和治疗。
11、组织学检查
经皮胸膜活组织检查(简称胸膜活检)对于肿瘤和结核性胸腔积液诊断阳性率约30%～70%，活检大多情况下采用盲检方法，胸腔积液原因不明者均可应用，尤其与胸穿联合使用可提高胸膜炎诊断阳性率，有出血倾向者，脓胸或胸液量甚少时不宜采用。
采用上述各种检查临床上仍有20%左右胸腔积液患者病因不明，则可采用胸腔镜或纤维支气管镜代胸腔镜进行直视下胸膜腔，肺脏表面的观察，活检采样，创伤性相对较小，操作较为简便，安全，患者易接受，诊断阳性率高，约75%～98%。