甲亢的诊断主要依靠临床表现、实验室检查等综合判断。一般来说，通过血液中甲状腺激素水平等检查来确诊，其中血清甲状腺刺激激素（TSH）、游离甲状腺素（FT4）、游离三碘甲状腺原氨酸（FT3）是重要的检测指标。
实验室检查项目及意义
血清TSH检测： 甲亢患者通常血清TSH水平降低，这是因为甲状腺激素分泌过多，反馈抑制垂体分泌TSH。一般情况下，甲亢患者的TSH值会明显低于正常范围（正常范围通常为0.35~5.5μIU/mL，甲亢时多低于0.1μIU/mL）。血清FT4和FT3检测： 甲亢患者血清FT4和FT3水平通常会升高。FT4正常范围约为12~22pmol/L，FT3正常范围约为3.1~6.8pmol/L，甲亢时这两项指标往往超出正常上限。
临床表现观察要点
代谢亢进表现： 患者可能出现怕热、多汗，皮肤潮湿，食欲亢进但体重减轻等症状。比如有的患者即使在室温下也会大量出汗，一天可能要换好几套衣服，食量比平时明显增加，但体重却在1个月内减轻5~10斤。神经系统表现： 患者常有烦躁易怒、手抖、失眠等表现。有的患者双手平举时会明显颤抖，难以完成精细动作，晚上入睡困难，即使睡着了也容易多梦。
影像学检查辅助诊断
甲状腺超声检查： 可观察甲状腺的大小、形态、血流情况等。甲亢患者甲状腺超声可能显示甲状腺弥漫性肿大，血流信号丰富，呈“火海征”。通过超声检查还能排除甲状腺结节等其他甲状腺病变导致的类似甲亢表现的情况。甲状腺放射性核素扫描： 对于诊断甲亢有一定价值，可了解甲状腺的摄取功能。甲亢患者甲状腺核素扫描可见摄取功能增强，分布均匀或不均匀。不过，该检查一般在其他检查难以明确诊断时才会选用。