常见的需要与胸腺瘤鉴别的病变包括畸胎瘤和升主动脉瘤。畸胎瘤常发生在中青年，可无症状，或有反复发作的肺部感染，有时有咳出毛发或油脂样物的病史，X线检查肿块内可有牙齿或骨骼钙化影，囊性畸胎瘤经超声波检查予以确定。将升主动脉瘤误诊断为胸腺瘤常有发生。在胸部侧位相升主动脉瘤呈梭形成圆形阴影，沿自左心室，胸透可见肿块呈膨胀性搏动，听诊可闻及杂音，二维超声检查可发现升主动脉扩张，彩色多普照勒检查可见湍流频谱，胸部CT像可显示升主动脉局限性瘤样扩张，诊断有困难时可行升主动脉造影。
临床上还需要鉴别良性的胸腺瘤跟恶性的胸腺瘤：
在胸腺瘤中70%～80%的是良性的，其包膜完整，对周围组织不具侵袭性。恶性胸腺瘤分为侵袭性胸腺瘤和胸腺癌两种类型。胸腺瘤生物学特征对疾病的治疗方案及疾病预后有重大意义，然而胸腺瘤的良、恶性在病理组织切片上很难区分，但CT在观察胸腺瘤的生长方式及其累及区域均可达到满意效果。
1、非侵袭性胸腺瘤CT表现
胸腺瘤CT表现为肿瘤边缘清晰，平扫、增强扫描可见完整的包膜，周围脂肪无浸润索条影，无远处器官转移。部分病例因瘤体较大而导致气管、食管受压移位。
2、侵袭性胸腺瘤CT表现
侵袭性胸腺瘤除均表现为纵隔肿块外，还合并有其他侵袭征象：
（1）纵隔胸膜受累：在CT表现上为瘤体邻近胸膜不规则增厚，呈凸凹不平状。但本组有2例术中所见及术后病理均有胸膜受累表现的病例在CT上未见明显征象。
（2）瘤体邻近心包受累和通过种植播散而致心包积液。
（3）胸膜种植：可表现为胸膜有小结节状软组织密度影，同时还可以合并有不等量的胸腔积液。
（4）肿瘤侵及大血管：可表现为肿瘤邻近血管如肺动脉、上腔静脉、升主动脉形态受压变形，增强扫描时见血管壁有受侵征象。
（5）胸腔受侵表现为胸腔积液。