Para determinar si un tumor es primario o metastático, un patólogo examina una muestra del tumor al microscopio. Por lo general, las células cancerosas se ven como versiones anormales de las células en el tejido donde se inició el cáncer. Tras la realización de pruebas diagnósticas especializadas, un patólogo casi siempre puede detectar el origen de las células cancerosas. Los marcadores o antígenos que se encuentran en las células cancerosas o sobre ellas pueden indicar el sitio primario del cáncer.

Los cánceres metastáticos se pueden encontrar antes o al mismo tiempo que se encuentra el tumor primario, o hasta meses o años después. Cuando se encuentra un tumor nuevo en un paciente que se ha sometido a tratamiento para el cáncer en el pasado, casi siempre es metástasis y no un tumor primario.