除胸部影像学外，肿瘤标识物是细胞癌变时所分泌的活性物质，存在于癌组织及宿主体液内，对肺癌早期筛查和诊断具有重要意义。从早期的痰细胞学检测到目前的血液标本基因检测，临床工作人员也努力在分子生物学方面寻找适合的生物学标识物。
癌胚抗原、神经元特异性烯醇化酶和细胞角蛋白19片段是目前临床上常用并且认为是最有价值的肺癌标识物，这些标识物的单项检测可能具有一定的局限性，但联用时肺癌检测的阳性率明显增高，对早期诊断具有重要的临床意义。
端粒酶在恶性肿瘤如乳腺癌、前列腺癌、肺癌、肝癌和胰腺癌等时表达上调，与其他肿瘤标识物相比，端粒酶活性的水平可在神瘤发生早期即开始上升，从而提示了端粒酶活性可能是肿瘤早期筛查的一个有利的生物学标识物。
循环肿瘤细胞(CTC)是循环中自由存在的恶性肿瘤细胞，从原发肿瘤或转移部位中脱离而进人血液。近年来，新的技术已发展至可从外周血液中识别、分离和鉴定这些CTC。与传统的侵人性方法如活检不同，CTC代表着一类可帮助肿瘤诊断的便利资源，现已认为是原发性肺癌的转移性标识物。进一步确认CTC在早期肺癌筛查中作用的临床试验目前仍在进行中。
除上述标识物之外，另有P53抑癌基因、血浆蛋白组学、循环DNA、SURVIVIN蛋白及P16基因等均是目前报道的肺癌筛査指标。但值得注意的是，单一的肿瘤标识物的敏感度较低，在大样本筛查中的作用受限，联合使用肿瘤标识物可能会增加早期肺癌的筛查率，这也需要进一步的临床研究结果证实。
