内視鏡検査で喉頭を観察し、がんが疑われる場合は、組織を採取して詳しく調べる生検が行われます。また、がんの大きさやリンパ節、他の臓器への転移などを確認するために、CT検査やMRI検査、超音波（エコー）検査、PET-CT検査などが行われます。
１．内視鏡検査
鼻や口から内視鏡を挿入して行う検査で、痛みはほとんどありません。腫瘍の大きさなどを確認するとともに、声帯がどの程度動くか、気道狭窄（空気の通り道が細く狭くなった状態）が起こっていないかについて調べます。
また、喉頭がんでは、胃や食道に重複がんができることがあります。そのため、上部消化管内視鏡検査（胃カメラ）で重複がんがないかを調べることが勧められています。
２．生検
喉頭を内視鏡などで確認しながら病変の一部を採取して、顕微鏡を使って詳しく観察し、がんであるかどうか、がんの種類（組織型）などを診断する検査です。可能であれば局所麻酔で病変を採取しますが、がんが小さい、または、咽頭反射（のどの刺激による吐き気）が強い場合は、全身麻酔で行うこともあります。
３．CT検査
体の周囲からX線をあてて撮影することで、体の断面を画像として見ることができる検査です。CTは、がんの深さや広がり、リンパ節や離れた臓器への転移（遠隔転移）を調べるために行います。造影剤を注射して撮影すると、がんの広がりや、がんが周りの臓器に浸潤しているかなどをより詳しく確認することができます。
４．MRI検査
強力な磁石と電波を使用して撮影することで、体の断面を画像として見ることができる検査です。CT検査よりも、がん組織と正常組織の区別がより分かりやすくなります。CT検査とは異なる情報から、がんの深さや広がり、リンパ節への転移を調べることができます。
５．超音波（エコー）検査
首の表面から超音波をあて、そのはね返りをモニターで見ながら観察する検査です。主に頸部リンパ節への転移の有無を調べるときに用います。
６．PET-CT検査
PET検査とCT検査の画像を重ねた検査を、PET-CT検査といいます。
PET検査とは、放射性フッ素を付加したブドウ糖液を注射し、がん細胞にエネルギー源として取り込まれるブドウ糖の分布を撮影することで、全身のがん細胞を検出します。
PET-CT検査では、CT検査やMRI検査とは異なる情報から、がんの広がり、リンパ節や他の臓器への転移の有無を調べることができます。
７．腫瘍マーカー検査
腫瘍マーカー検査は、がんの診断の補助や、診断後の経過や治療の効果をみることを目的に行う検査です。腫瘍マーカーとは、がんの種類によって特徴的に作られるタンパク質などの物質です。がん細胞やがん細胞に反応した細胞によって作られます。しかし、腫瘍マーカーの値の変化だけでは、がんの有無やがんが進行しているかどうかは確定できません。また、がんがあっても腫瘍マーカーの値が高くならないこともあります。
喉頭がんでは、現在のところ、診断や治療効果の判定に使用できるような、特定の腫瘍マーカーはありません。