甲亢的诊断主要通过临床表现结合相关检查来进行。一般来说，医生会从多个方面综合判断是否患有甲亢。
临床表现观察
症状表现： 患者可能出现心慌、手抖、怕热多汗、食欲亢进但体重下降、大便次数增多等症状。比如有的患者会感觉自己比平时更容易出汗，稍微活动就心跳加快。体征方面： 可能会发现甲状腺肿大，有的还能摸到震颤，听到血管杂音等。
实验室检查
甲状腺功能检测：
血清甲状腺激素测定： 血清总甲状腺素（TT4）、血清总三碘甲状腺原氨酸（TT3）、血清游离甲状腺素（FT4）、血清游离三碘甲状腺原氨酸（FT3）等指标会有变化。甲亢时，FT3、FT4通常升高，TT3、TT4也往往升高。例如，甲亢患者的FT4可能明显高于正常范围。促甲状腺激素（TSH）测定： TSH是反映甲状腺功能的敏感指标，甲亢时TSH通常降低。比如正常情况下TSH在一定范围内，而甲亢患者的TSH会低于正常下限。
甲状腺自身抗体检测：
促甲状腺激素受体抗体（TRAb）： 弥漫性毒性甲状腺肿（Graves病）患者中，TRAb阳性率可达80% - 100%，它对Graves病的诊断、病情活动和复发等有重要意义。甲状腺过氧化物酶抗体（TPOAb）和甲状腺球蛋白抗体（TgAb）： 这两种抗体升高常见于自身免疫性甲状腺疾病，如Graves病患者中，TPOAb和TgAb也可能升高，有助于辅助诊断病因。
影像学检查
甲状腺超声检查：
超声可以观察甲状腺的大小、形态、血流情况等。甲亢患者的甲状腺超声可能显示甲状腺体积增大，血流信号丰富，呈现“火海征”等特征。通过超声还能排除甲状腺结节等其他甲状腺病变导致的甲状腺功能异常情况。
甲状腺核素扫描：
对于一些特殊情况的甲亢诊断有帮助，比如判断甲状腺结节是否为功能性结节等。例如，Graves病患者的甲状腺核素扫描表现为整个甲状腺摄取核素增强，分布均匀。