Eturauhassyövässä plasman prostataspesifinen antigeeni eli PSA-pitoisuus kohoaa (PSA:ta ”vuotaa” syöpäsoluista verenkiertoon), mutta PSA:ta nostaa myös muun muassa eturauhasen hyvänlaatuinen liikakasvu ja tulehdukset. Tämän takia viitearvojen yläpuolella oleva PSA ei automaattisesti tarkoita eturauhassyöpää, vaan mittaus pitäisi yleensä toistaa. PSA:n apuna voidaan käyttää vapaan PSA:n pitoisuutta, joka ilmoitetaan prosentteina. Mitä matalampi vapaan PSA:n prosenttiosuus on, sen suurempi on epäily eturauhassyövästä. Raja-arvo jatkotutkimuksille on yleensä pienempi tai yhtä suuri kuin 15 %.
Eturauhassyövän diagnoosi perustuu ultraääniohjauksessa peräsuolen kautta eturauhasesta otettuihin neulanäytteisiin. Ennen toimenpidettä potilas saa antibiootin infektioiden ehkäisemiseksi. Ennen koepalojen ottoa eturauhanen puudutetaan. Tutkimus kestää kaikkiaan noin 20 minuuttia, eikä toimenpiteen jälkeen ole tarvetta sairauslomalle. Toimenpide on yleensä varsin kivuton. Tyypillisimmät jälkioireet ovat lievä verivirtsaisuus ja verinen siemenneste.
Yhä useammin jo diagnoosivaiheessa tehdään eturauhasen magneettikuvaus ja otetaan ns. suunnatut koepalat magneettikuvassa näkyvistä poikkeavista kudosalueista. Patologi tutkii, onko koepaloissa syöpää. Jos patologi löytää syövän, hän arvioi syövän aggressiivisuutta käyttäen kansainvälistä Gleasonin pisteytystä. Gleasonin pisteytys on tärkeimpiä eturauhassyövän ennustetekijöitä.