代谢性酸中毒的诊断主要依据血气分析等检查来确定，其诊断标准通常是动脉血pH值低于7.35，同时血浆碳酸氢根（HCO₃⁻）浓度降低，二氧化碳分压（PaCO₂）也会有相应变化。
血气分析指标依据
pH值方面： 正常动脉血pH值范围是7.35~7.45，当pH值低于7.35时，就提示可能存在酸中毒情况。比如，在一些严重腹泻导致体内碱性物质丢失过多的患者中，血气分析会发现pH值下降。碳酸氢根浓度： 血浆碳酸氢根正常范围一般是22~27mmol/L，代谢性酸中毒时，HCO₃⁻会低于22mmol/L。像糖尿病酮症酸中毒患者，由于体内酮体增多，会消耗大量碳酸氢根，使得HCO₃⁻浓度降低。二氧化碳分压： 代谢性酸中毒时，机体为了调节酸碱平衡，会通过呼吸加深加快来排出更多二氧化碳，所以PaCO₂会降低，正常PaCO₂范围是35~45mmHg，代谢性酸中毒时往往低于35mmHg。
结合病史判断
有基础疾病史： 比如有肾功能不全的患者，肾脏排泄酸性物质和重吸收碱性物质的功能受损，容易发生代谢性酸中毒。还有糖尿病患者，若血糖控制不佳出现酮症酸中毒时，也符合代谢性酸中毒的情况。另外，长期腹泻的患者，大量丢失肠液中的碳酸氢根，也可能引发代谢性酸中毒。有中毒史： 例如服用大量酸性药物，像阿司匹林过量，会导致体内酸性物质增多，引发代谢性酸中毒。还有甲醇中毒等情况，也会造成体内酸碱平衡紊乱，出现代谢性酸中毒的表现。
其他相关检查辅助
阴离子间隙（AG）测定： AG = 血浆钠离子浓度 -（血浆碳酸氢根浓度 + 血浆氯离子浓度），正常AG范围是8~16mmol/L。AG增高型代谢性酸中毒常见于糖尿病酮症酸中毒、尿毒症等情况，AG正常型代谢性酸中毒常见于腹泻丢失碳酸氢根等情况。通过AG测定可以帮助区分代谢性酸中毒的类型，比如糖尿病酮症酸中毒时AG会明显升高，而腹泻导致的代谢性酸中毒AG一般正常。尿常规检查： 在肾功能不全引起的代谢性酸中毒患者中，尿常规可能会发现蛋白尿、管型尿等异常，有助于明确病因是肾脏本身的病变导致的代谢性酸中毒。