甲亢的诊断主要通过多种方式综合判断，其中血液检查是重要手段之一。一般通过检测血清中的甲状腺激素水平来初步筛查，比如血清总甲状腺素（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，若FT3、FT4升高，TSH降低，很可能提示甲亢。
血液检查方面
甲状腺功能指标检测： 除了上述提到的TT4、TT3、FT4、FT3外，还会检测促甲状腺激素受体抗体（TRAb）等。如果TRAb阳性，对Graves病（一种常见的甲亢类型）的诊断有重要意义。一般通过化学发光免疫分析法等检测方法来获取这些指标的数据。甲状腺球蛋白抗体（TgAb）和甲状腺过氧化物酶抗体（TPOAb）检测： 这两个抗体的检测有助于判断甲亢的病因。如果TPOAb明显升高，常提示自身免疫性甲状腺炎相关的甲亢可能。检测方法通常也是血清学的方法，能辅助医生区分不同病因导致的甲亢。
影像学检查方面
甲状腺超声检查： 通过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往往显示甲状腺体积增大，血流信号丰富，呈现“火海征”等表现。比如可以清晰看到甲状腺腺体回声不均匀，血流速度增快等情况，这对甲亢的诊断有一定的辅助价值。甲状腺核素扫描： 对于鉴别不同病因的甲亢有帮助。例如，Graves病患者的甲状腺核素扫描常显示整个甲状腺摄取核素增强，分布均匀；而亚急性甲状腺炎导致的甲亢，可能会出现甲状腺局部摄取核素降低的“冷结节”表现等。
临床表现观察方面
症状表现观察： 甲亢患者通常会有一些典型症状，如怕热、多汗、心慌、手抖、多食易饥、体重减轻、大便次数增多等。医生会根据患者的这些症状表现来初步怀疑甲亢。比如患者自述最近总是怕热，比别人穿得少还觉得热，同时伴有心慌，活动后更明显，这就需要进一步检查来明确是否为甲亢。体征检查： 医生会进行体格检查，可能发现甲状腺肿大，有的患者甲状腺肿大可触及震颤，听诊可闻及血管杂音等。例如，在甲状腺部位能摸到明显的肿大，用听诊器靠近能听到类似吹风样的血管杂音，这也是甲亢的典型体征之一，对诊断有提示作用。