O desempenho do exame clínico visual, transiluminação por fibra ótica (FOTI) e exame radiográfico interproximal para o diagnóstico de lesões de cárie oclusal dentinária e de lesões cavitadas e lesões précavitadas proximais foi avaliado in vivo. As superfícies oclusais e proximais em pré-molares e molares permanentes de 36 pacientes (idade entre 11 e 21 anos) foram examinadas independentemente por dois examinadores calibrados por método. As superfícies julgadas cariadas por pelo menos 1 dos examinadores dentre os métodos de diagnóstico foram agendadas para validação. A validação da presença de cárie foi obtida pelo diagnóstico de consenso entre dois examinadores após a invasão oclusal por meio da inspeção visual-tátil e de corante fucsina básica em propilenoglicol a 0,5% e após separação dentária pelo exame visual direto e moldagem em silicona de adição das proximais afastadas com separador de Elliot. Para as superfícies oclusais de molares, foram encontrados na validação visual-tátil: sensibilidade e especificidade de 0,36 e 1,00 para exame clínico visual, 0,44 e 0,99 para o exame com o FOTI e 0,42 e 0,87 para o exame radiográfico; áreas sob as curvas ROC de 0,77, 0,86 e 0,63, respectivamente; área ROC do FOTI estatisticamente superior à da radiografia interproximal (p<0,05); valores de predição positivos do exame clínico e FOTI superiores aos do exame radiográfico. Na detecção de cavidades em superfícies proximais de pré-molares e molares foi verificado para validação visual e por moldes, respectivamente: sensibilidade de 0,23 e 0,16 para exame clínico visual, 0,40 e 0,25 para o exame com o FOTI e 0,48 e 0,35 para o exame radiográfico; especificidade de 0,99 e 0,99 para exame clínico visual, 0,96 e 0,94 para o exame com o FOTI e 0,93 e 0,90 para o exame radiográfico; valores de predição positivos do exame clínico superiores aos dos outros métodos. Os valores de predição negativos quase poderiam ser esperados por mero acaso em ambas as superfícies. Os valores de sensibilidade indicam que os métodos não detectaram um número considerável de superfícies com cáries dentinárias oclusais e cavidades proximais. Para as superfícies oclusais, o exame clínico visual e FOTI apresentaram um desempenho moderado e similar para o diagnóstico de cárie dentinária; o exame radiográfico interproximal detectou quase tantas lesões de cárie dentinárias oclusais quanto o FOTI, porém a expensas de uma proporção considerável de resultados falso positivos, o que na prática induziria a sobretratamento restaurador; o exame clínico visual e FOTI apresentaram-se superiores no diagnóstico de oclusais saudáveis. Para as superfícies proximais, quanto maior a profundidade da lesão para qualquer método, maior a probabilidade da presença de cavidade; uma quantidade considerável das superfícies diagnosticadas como saudáveis ou com cáries em esmalte para os três métodos e como cáries superficiais em dentina nos exames radiográfico e FOTI representavam lesões de manchas brancas ou pigmentadas não cavitadas.