诊断甲亢的主要依据是甲状腺功能检查、甲状腺超声以及临床表现等。其中，甲状腺功能检查是关键，比如血清甲状腺激素测定中，血清总甲状腺素（TT4）正常范围一般在65~155nmol/L，血清总三碘甲状腺原氨酸（TT3）正常范围在1.1~3.1nmol/L，甲亢患者通常会出现TT4、TT3升高的情况。
甲状腺功能检查依据
血清促甲状腺激素测定： 促甲状腺激素（TSH）是诊断甲亢的重要指标之一，甲亢患者血清TSH通常低于正常范围。一般正常血清TSH范围在0.3~4.2mIU/L，甲亢时TSH会明显降低。甲状腺自身抗体测定： 甲状腺过氧化物酶抗体（TPOAb）和甲状腺球蛋白抗体（TGAb）等自身抗体检测也很重要。如果这两种抗体阳性，提示可能存在自身免疫性甲状腺疾病相关的甲亢。
甲状腺超声依据
甲状腺形态学观察： 甲亢患者甲状腺超声下可见甲状腺弥漫性肿大，腺体回声不均匀等表现。通过超声可以直观地看到甲状腺的大小、形态以及血流情况等，甲亢时甲状腺血流通常会明显丰富，呈现“火海征”。甲状腺血流情况： 彩色多普勒超声显示甲状腺上动脉流速增快，峰值流速可超过70cm/s，这也是诊断甲亢的一个辅助依据。
临床表现依据
高代谢症状： 患者可能出现怕热、多汗，皮肤潮湿，食欲亢进但体重却减轻等表现。比如有的患者即使天气不热也总是出汗很多，食量比平时明显增加，但体重却在短时间内下降。甲状腺肿大表现： 多数患者有不同程度的甲状腺肿大，可呈弥漫性对称性肿大，质地柔软，无压痛等。部分患者还可能出现眼部表现，如突眼等，Graves病引起的甲亢常伴有突眼症状。