雖然胸腔積液細胞塗片、胸穿胸膜活檢和胸腔積液細胞塊切片可以作出惡性的診斷，但不能鑑別胸膜轉移性腺癌和惡性間皮瘤。主要是通過光鏡、電鏡、組織化學、免疫組化、透明質酸測定等方法同胸膜轉移性腺癌相鑑別。
比較肯定的對惡性間皮瘤作出診斷的技術有3種，即高碘酸-希夫液做組織化學染色，以角朊和癌胚抗原作免疫過氧化物酶檢驗和電子顯微鏡檢查。為進行這些檢查，活檢標本必須立刻用中性福爾馬林液固定，另一小塊腫瘤活檢標本註定在戊二醛液中供作電鏡檢查使用。
1.高碘酸-希夫染色(PAS) 是惟一可靠的組織化學方法，它能辨別惡性胸膜間皮瘤與腺癌，雖然各種轉移性腺癌的特性不相同，但在澱粉酶消化後出現強陽性空泡，即可診斷為腺癌而非惡性胸膜間皮瘤。
2. 免疫過氧化物酶技術 是使用抗體作用於角朊蛋白和癌胚抗原(CEA)，對癌胚抗原作免疫過氧化物酶染色，惡性胸膜間皮瘤的染色一般很淡或不著色。相反，腺癌染色中等和很濃。此外，以免疫過氧化物酶對角朊作研究，也顯示間皮瘤與腺癌有明顯的差別。目前已發現8個標誌可作鑑別用：腫瘤合併糖蛋白72(B72.3)，Leu- Mi，Vi-mentin，血栓調治素，黏蛋白成分，癌抗原125及重碘酸希夫液和澱粉酶。癌胚抗原陽性對腺癌有100%的特殊性和敏感性。由於癌胚抗原檢驗常有假陰性，故最好選用2個腫瘤標誌，一般使用CEA和B72.3。如兩者陽性對腺癌有100%的特殊性和88%的敏感性;如兩者均陰性，對間皮瘤有 100%的特殊性和97%的敏感性。
3.電子顯微鏡檢查 惡性胸膜間皮瘤區別於肺、乳腺癌和上胃腸道來源的腺癌是它表面的微絨毛細而長，且有分支，張力絲較豐富，無微絨毛的小根和片裝體;來源於卵巢和子宮內膜的轉移性腺癌具有內在的組織變形，包括豐富的粘蛋白小滴、大量纖毛、密集的核顆粒，這些變化在間皮瘤是不存在的，腺癌的絨毛短且粗。
