En lege kan få mistanke ondartet mesothelioma hos en pasient som har symptomer som tyder på dette kreft og som rapporterer en historie av asbest eksponering. Nøye medisinsk undersøkelse kan også avsløre tilstedeværelsen av væske i pleural eller bukhulen. Når ondartet mesothelioma er mistenkt, en rekke metoder er tilgjengelige for å hjelpe bekrefte diagnosen.
Imaging metoder, for eksempel røntgen, CT, MRI og PET skanner, bidra til å bestemme plassering, størrelse og omfang av kreft, og spesifikt å påvise pleural eller peritoneal fortykkelse, væske i pleural eller bukhulen, eller knuter av kreftceller. Imidlertid kan en definitiv diagnose av ondartet mesothelioma bare skje etter at undersøkelse av celler fra unormal vev.
En biopsi av unormal vev er utført for å finne ut om cellene i dette vevet er kreft eller ikke. En slik vev kan fjernes gjennom minimal invasiv kirurgi. Fluid i pleural eller bukhulen kan også inneholde kreftceller, og kan også tas ut for analyse. Celler fra unormalt vev eller væske blir undersøkt under mikroskop, og kan identifiseres som normale eller kreft. Men slik undersøkelse ikke nødvendigvis bekrefte type kreft. Celler som finnes i pleural mesotheliomas kan ligne lunge kreftceller og celler som finnes i peritoneal mesotheliomas kan ligne eggstokkreft celler. For å skille mellom disse forskjellige former for kreft, er en metode som kalles immunhistokjemi ofte brukt. Denne metoden registrerer proteiner på overflaten av kreftceller som er spesifikke for visse typer kreft. En nyere metode som kalles DNA microarray analyse undersøker gener av kreftceller. Ondartet mesothelioma kreftcellene har ulike genet mønstre fra andre kreftceller og fra normale celler.
Selv om ingen blodprøver bekrefte en diagnose av ondartet mesothelioma, er det visse unormale blodverdier som tyder på tilstedeværelsen av en kreftsykdom. Nyere forskning tyder på at forhøyede nivåer av et protein i blodet som kalles osteopontin kan hjelpe i tidlig deteksjon av mesothelioma.