放射學檢查是診斷肺膨脹不全最重要的手段。常規胸部平片通常即可明確葉或段不張的存在及其部位。肺膨脹不全的放射學表現變化較大，常常是不典型的。在投照條件不夠的前后位或后前位攝片，由于心臟的掩蓋，左下葉不張常易漏診。上葉不張可誤認為縱隔增寬，包裹性積液亦與肺膨脹不全相似，且大量胸腔積液可掩蓋下葉不張。支氣管空氣征可排除完全性支氣管阻塞，但不能除開肺葉萎陷。
在不張的肺段或肺葉的頂部發現鈣化的淋巴結，對診斷支氣管結石有重要意義。纖維化性縱隔炎及各種炎性淋巴結腫大時可發現縱隔鈣化。
變應性曲霉菌病、黏液黏稠癥、淋巴瘤、不透X線的異物和支氣管裂傷均有相應的放射學異常征象。異物阻塞主支氣管時，常規胸片可發現一側肺變小，透光度降低，另一側肺體積增大，透光度增加。這一現象可能表示①一側肺因活瓣阻塞而過度膨脹，壓迫對側肺使其不張；②一側肺阻塞后發生吸收性不張，對側肺代償性過度膨脹。熒光透視和比較吸氣末與呼氣末的胸片可以鑒別上述兩種情況，因為只有支氣管通暢的肺在吸氣、呼氣之間容量有明顯的變化。
胸部的CT檢查斷層攝片對下述情況幫助較大：描述萎陷肺葉的位置與形狀，有無支氣管空氣征，有無鈣化及其位置，阻塞病變的性狀，有無管腔內引起阻塞的包塊。CT檢查對于此類問題的診斷價值更大，特別是對下述情況明顯優于斷層攝影，包括：明確支氣管腔內阻塞性病變的位置甚或性質，探查腫大的縱隔淋巴結，鑒別縱隔包塊與縱隔周圍的肺膨脹不全。
支氣管造影主要用于了解非阻塞性肺膨脹不全中是否存在支氣管擴張，但目前已基本為CT所取代。
肺通氣-灌注顯像如懷疑肺膨脹不全由肺血栓所致，可考慮行肺通氣-灌注顯像或肺血管造影，相對而言血管造影的特異性較高。
放射性核素心血管造影對纖維化性縱隔炎所致肺膨脹不全的患者，上腔靜脈血管造影有一定的價值。心血管疾病引起壓迫性肺膨脹不全時可選擇多種影像學手段。