Để tìm nguyên nhân của triệu chứng, bác sĩ hỏi bệnh nhân về tiền sử bệnh án, khám thể chất, và có thể yêu cầu làm xét nghiệm. Bệnh nhân có thể làm một hoặc tất cả những hình thức khám sau:

• Nội soi dạ dày là phương pháp chuẩn. Phương pháp này sử dụng một camera sợi quang học đưa vào trong dạ dày để xem hình ảnh bên trong.
• Chụp x-quang ống tiêu hóa trên
• Chụp cắt lớp hay chụp CT bụng cũng có thể phát hiện ung thư dạ dày, nhưng được dùng nhiều hơn trong việc đánh giá mức độ xâm lấn sang các mô xung quanh, hoặc lan đến hạch bạch huyết.

Những mô bất thường nhìn thấy qua nội soi sẽ được làm sinh thiết bởi bác sĩ chuyên khoa phẫu thuật (khoa ngoại) hoặc tiêu hóa. Mô này sẽ được bác sĩ chuyên khoa bệnh học kiểm tra đặc điểm mô học dưới kính hiển vi để phát hiện các tế bào ung thư. Sinh thiết và phân tích mô học là phương pháp duy nhất có thể chứng minh chắc chắn sự có mặt của các tế bào ung thư.

Có một số phương pháp nội soi dạ dày để tăng cường sự phát hiện trong màng nhầy bằng một chất nhuộm màu (Vd: Lugol 5%) làm nổi bật cấu trúc tế bào và giúp xác định được vùng tế bào bị loạn sản (dysplasia). Nội soi tế bào giúp phóng đại nhiều lần để thấy được cấu trúc tế bào và xác định vùng loạn sản. Các phương pháp nội soi dạ dày khác như chụp cắt lớp võng mạc (optical coherence tomography) cũng đang được nghiên cứu để sử dụng cho mục đích tương tự.[10]

Một số bệnh về da cũng có liên quan đến ung thư dạ dày. Bệnh tăng sinh làm đen da, thường ở nách hoặc háng, gọi là bệnh gai đen (acanthosis nigricans), có liên quan đến các ung thư trong ổ bụng như ung thư dạ dày. Một số biểu hiện về da của bệnh ung thư dạ dày bao gồm lòng bàn tay dạ dày bò (tiếng Anh là tripe palm, là một dạng tăng sinh làm đen da tương tự ở bàn tay) và dấu hiệu Leser-Trelat (là sự phát triển nhanh chóng các tổn thương trên da gọi là dày sừng tiết bã (còn gọi là dày sừng da đầu, tiếng Anh là seborrheic keratoses).[11]

Mô bệnh học

• Ung thư biểu mô tuyến ở dạ dày (adenocarcinoma) là u biểu mô ác tính, bắt nguồn từ tế bào biểu mô tuyến ở niêm mạc dạ dày. Ung thư dạ dày đa số là ung thư biểu mô tuyến (90%).[12] Về mặt mô bệnh học, có hai loại ung thư biểu mô tuyến dạ dày chính (theo phân loại Lauren) là: dạng ruột và dạng phân tán. Ung thư biểu mô tuyến thường xâm lấn nhanh chóng thành dạ dày, xâm nhập sang cơniêm mạc (muscularis mucosae), lớp dưới niêm mạc, và đến lớp cơ trơn của thành ống tiêu hóa. Các tế bào ung thư biểu mô tuyến dạng ruột có cấu trúc hình ống bất thường, phân bố thành nhiều lớp, có nhiều ống tuyến, giảm cấu trúc đệm (stroma). Thường thì chuyển sản ruột cũng hay xảy ra ở các vùng niêm mạc xung quanh. Tùy vào cấu trúc tuyến, sự đa hình thái và sự tiết dịch của tế bào mà ung thư biểu mô tuyến có thể có 3 cấp độ biệt hóa: tốt, trung bình và kém. Còn trong ung thư biểu mô tuyến dạng phân tán (dạ dày có dạng như cái chai/lọ bằng da, ung thư xơ cứng, chứa nhiều dịch nhày, dịch keo) các tế bào ung thư thường không liên kết và tiết dịch thẳng vào khoảng khe ngoại bào tạo ra những khoang lớn chứa chất nhày/ chất keo (mà trên ảnh chụp là những khoảng "trống"). Nó không biệt hóa rõ ràng lắm. Nếu chất nhày nằm trong tế bào ung thư, nó đẩy nhân tế bào ra rìa tế bào, tạo nên dạng "Tế bào dạng nhẫn đóng dấu".
• Khoảng 5% ung thư dạ dày là ung thư hạch bạch huyết (lymphoma) (MALTomas, hoặc MALT lymphoma).[13]
• Ngoài ra còn có u carcinoid và u cấu trúc đệm.

Xác định giai đoạn bệnh

Nếu các tế bào ung thư được tìm thấy trong mẫu sinh thiết, bước tiếp theo cần làm là xác định giai đoạn ung thư, nghĩa là tìm ra mức độ trầm trọng của bệnh. Có nhiều xét nghiệm để xác định xem ung thư đã lan rộng hay chưa, và nếu có thì nó đã ảnh hưởng đến những phần nào của cơ thể. Bởi vì ung thư dạ dày có thể lan sang gan, tụy, và các cơ quan gần dạ dày cũng như phổi, bác sĩ có thể yêu cầu chụp cắt lớp CT, chụp cắt lớp PET, hoặc làm siêu âm nội soi, hoặc các xét nghiệm khác để kiểm tra những vùng trên. Cũng có thể kiểm tra dấu ấn ung thư trong máu, như kháng nguyên CEA (carcinoembryonic antigen) và kháng nguyên CA (carbohydrate antigen), vì nồng độ của chúng liên quan đến mức độ xâm lấn, đặc biệt là ở gan, và mức độ hồi phục.

Việc xác định giai đoạn có thể chưa hoàn thiện cho đến sau khi phẫu thuật. Bác sĩ phẫu thuật sẽ cắt bỏ các hạch bạch huyết xung quanh và có thể các mẫu mô ở những khu vực khác trong ổ bụng để kiểm tra mô bệnh học.

Hệ thống phân chia giai đoạn TNM hiện đang được sử dụng.