診断の第一段階は、患者の病歴の評価と精密な臨床検査です。しかし、腫れ、しこりまたは痛みがある場合は、診断や病期分類をしやすくするために画像検査が重要です。画像処理によって、四肢の組織や内臓の詳細な画像が作成されます。
さまざまな種類の医療用画像検査があります。
- 骨X線検査によって、骨のあらゆる損傷、新たな骨成長または骨折を見つけ出します。
- 磁気共鳴画像（MRI）：MRIは標準的な画像診断法です。患部の骨と同時にその周囲の組織の画像も作成し、医師が、がんが身体の他の部位に転移していないかどうか評価できるようにします。MRIは、特に四肢、骨盤、体幹の画像診断に役立ちます。
- コンピュータ断層撮影（CT）は、骨の損傷だけでなく、体の他の部位（例えば肺やその他の臓器）の病変を目に見えるようにするために用いることができます。
- 陽電子放射断層撮影（PET）も、がんが他の臓器に転移していないかどうかを評価するのに効果的な画像診断法です。腫瘍に対する治療の効果を評価するために用いることもできます。
- 放射性核種骨スキャンは、がんが他の骨に転移しているかどうかを示すのに役立ちます。通常のX線検査よりも早く転移を見つけることができます。骨スキャンは、原発がんによる骨の損傷がどのくらいなのかを示すこともできます。
画像処理の結果は、その後の治療計画にとって重要です。しかし、確定診断が得られるのは生検（腫瘍組織のサンプル採取）だけです。病理医は、検査室において顕微鏡下で組織検体を解析し検査します。この、いわゆる病理組織学的検査によって、腫瘍が骨の肉腫かどうか、もしそうであればどの種類なのかを判断することができます。生検にはさまざまな種類があります。針生検を行うか切開生検を行うかは、腫瘍の位置によって選びます。針生検では、骨に小さな穴をあけ、針のような器具を使って腫瘍から組織検体を採取します。切開生検では、腫瘍に小さな切り傷をつけてから組織検体を採取します。針または切開の経路は、本手術の際に切除することが重要です。
血液検査を追加することで、悪性骨腫瘍を見つけることができ、特定の種類についての詳細な情報が明らかになる可能性があります。骨肉腫またはユーイング肉腫患者では、特定の酵素の血中濃度（アルカリホスファターゼや乳酸脱水素酵素）が上昇する場合があります。