胸部の画像検査には以下があります。
X線検査
CT検査
CT血管造影
MRI検査
超音波検査
血流換気シンチグラフィー
肺血管造影検査
PET検査
（肺疾患に関する病歴聴取と身体診察および呼吸器系も参照のこと。）
胸部X線検査は、肺や心臓の疾患が疑われる場合にほぼ必ず行われます。診断を下す上でさらに詳細な情報が必要な場合は、その他の画像検査が行われます。
通常の胸部X線検査は、後ろから前方向に撮影されます。また、側面からの撮影も一般的に行われています。胸部X線検査では心臓や主要な血管の輪郭が鮮明に写し出されるため、肺やその周辺部、あるいは肋骨を含めた胸壁に重い病変があれば、通常はこの検査で明らかになります。例えば、肺炎、肺腫瘍、慢性閉塞性肺疾患、肺がつぶれた状態（無気肺）、胸腔内に空気がたまった状態（気胸）、胸腔内に液体がたまった状態（胸水）などがあれば、ほとんどが胸部X線画像にはっきりと現れます。胸部X線検査だけでは、異常の原因を正確に判定できることはほとんどありませんが、診断を下すためにさらに別の検査が必要であるかどうか、必要であればどのような検査を行うべきかを判断するのに役立ちます。
胸部のCT検査では、単純X線検査より詳細な画像が得られます。CT検査では、撮影された一連のX線画像がコンピュータで解析され、縦断面や横断面などの様々な平面画像が得られます。胸部の特定の異常をさらに鮮明に写し出すために、注射または経口で造影剤（X線画像に写る物質）を投与してから、CT撮影を行うこともあります。高分解能CTやヘリカル（スパイラル）CTは、特殊な技術を利用したCT検査です。高分解能CTでは、肺疾患がより詳細に写し出されます。ヘリカルCTでは、3次元画像が得られます。一般に、CT検査は患者が深く息を吸った後の状態で撮影されます。ときに、細い気道をより詳しく見るために、息を吸ったときと吐いたときの両方の時点でCT画像が撮影されることもあります。
CT血管造影は、腕の静脈に造影剤を注射して、心臓から肺に向かう血管（肺動脈）などを画像化する検査です。肺動脈の血栓（肺塞栓症）の診断にはかつて肺シンチグラフィーという検査が用いられていましたが、現在では代わりにこのCT血管造影が用いられるのが普通です。ただし、造影剤によって悪化する可能性がある腎疾患がある場合や、 造影剤に対するアレルギーがある場合には、CT血管造影ができないこともあります。
MRI検査でも非常に詳細な画像を得ることができ、大動脈瘤などの胸部の血管の異常が疑われる場合に特に有用です。しかし、MRI検査はCT検査より時間がかかります。また、MRI検査は肺の異常を診断する上でCT検査ほど明瞭な画像が得られるわけではないため、胸部の画像検査としてMRI検査が行われることはそれほどありません。CT検査とは異なり、MRI検査では放射線を使用しません。
超音波検査は、体内での音波の反響を利用して画像を作成します。この検査は、肺の外側と胸壁の内側を覆う2層の胸膜の間にある空間（胸膜腔）に水がたまっていないか判定するためによく用いられます。また、その水を針で除去する際、位置確認のためにも超音波が利用されます。気胸の診断の際には、ベッドサイドでの超音波検査が行われることもあります。超音波気管支鏡は、気管支鏡検査と同時に用いることができ、がんを探すために肺組織のサンプルを採取する（針生検）際の位置確認に役立ちます。この場合、超音波プローブが気管支鏡に取り付けられており、気道内部の画像が得られます。
肺シンチグラフィー（換気/血流シンチグラフィー）は、肺の血栓（肺塞栓症）を特定するのに有用ですが、現在ではこの病気の診断にはCT血管造影が用いられることがほとんどです。ただし、CT検査で使用される造影剤によって悪化する可能性がある腎疾患や、造影剤へのアレルギーがあり、CT血管造影検査ができない場合は、肺シンチグラフィーが行われることがあります。肺シンチグラフィーは、肺がんや重度の慢性閉塞性肺疾患（COPD）の治療として肺の一部を切除する患者の手術前の評価の際、肺の残りの部分がどの程度機能するかを見るために用いられることもあります。この画像検査では、半減期の短い放射性物質を少量だけ使用して、肺を通る空気や血液の流れを描出します。この検査は、通常、2段階で行われます。第1段階（肺血流シンチグラフィー）では、放射性物質を静脈に注射して、これが肺の血管全体に広がっていく様子を撮影装置で画像化します。もし肺血流シンチグラフィーの結果が異常であれば、第2段階（肺換気シンチグラフィー）が必要です。肺換気シンチグラフィーでは、放射性ガスを患者に吸入させて、ガスが肺全体に広がっていく様子を撮影装置で画像化します。この検査により、肺の残りの部分が十分な酸素を取り込めるかどうかを判断できます。
肺血管造影検査（肺動脈造影検査とも呼ばれます）では、細い合成樹脂製のチューブ（カテーテル）を皮下の静脈から心臓、肺動脈へと進め、これを介して造影剤を肺動脈に直接注入します。造影剤を注射した後、従来のX線検査と同様の方法で、肺内の造影剤を画像化します（血管造影検査）。血管造影検査は、肺塞栓症が（通常は肺シンチグラフィーの結果の異常に基づいて）疑われる場合によく使用されてきた検査であり、肺塞栓症を診断または除外する上では、今でも最も正確な検査とみなされています。しかし、大きな肺動脈に造影剤を直接注入する必要があるため、現在では代わりに、より体への負担が小さいCT血管造影が行われるのが普通です。
PET検査（陽電子放出断層撮影検査）は、がんが疑われる場合に行われることがあります。これは、がん（悪性の）組織とがんでない（良性の）組織の代謝率が異なることを利用した放射線画像検査の1つです。まず、グルコース分子をPET画像上に写る物質と結合させます。この複合分子を静脈内に注入することで、代謝が活発な組織（がんがあるリンパ節など）に集まり、PET画像上で見えるようになります。良性の腫瘍であれば、通常、判別できるほどの量は集積しません。PET検査はしばしばCT検査と組み合わせて行われますが、そうすることで肺の腫瘍を2つの異なる方法で画像化できます。
