甲亢的诊断主要通过临床表现、实验室检查等综合判断。一般来说，医生会先根据患者是否有怕热、多汗、心慌、手抖、多食易饥、体重减轻等典型甲亢症状来初步怀疑。然后通过实验室检查，其中甲状腺功能检查是关键，比如血清甲状腺激素测定，血清总甲状腺素（TT4）正常参考值约65~155nmol/L，血清总三碘甲状腺原氨酸（TT3）正常参考值约1.2~3.4nmol/L，甲亢患者通常会出现TT4、TT3升高。还有促甲状腺激素（TSH）测定，正常参考值0.35~5.5mU/L，甲亢患者往往TSH降低。另外，甲状腺自身抗体检测也很重要，如促甲状腺激素受体抗体（TRAb），如果TRAb阳性，对诊断Graves病（一种常见的甲亢类型）有重要意义。
实验室检查项目及意义
血清甲状腺激素测定： 除了TT4和TT3，还有血清游离甲状腺素（FT4）和游离三碘甲状腺原氨酸（FT3），FT4正常参考值10~31pmol/L，FT3正常参考值2.1~5.4pmol/L，甲亢时FT4、FT3都会升高，而且它们不受甲状腺结合球蛋白影响，能更准确反映甲状腺功能。促甲状腺激素测定： TSH是反映垂体 - 甲状腺轴功能的敏感指标，甲亢时垂体分泌的TSH会因为甲状腺激素升高而反馈性降低，通过检测TSH可以辅助诊断甲亢以及判断病情严重程度。
影像学检查辅助诊断
甲状腺超声： 可以观察甲状腺的大小、形态、血流情况等。甲亢患者甲状腺超声往往显示甲状腺弥漫性肿大，血流信号丰富，呈现“火海征”，通过超声还能排除甲状腺结节等其他甲状腺疾病导致的甲状腺功能异常情况。甲状腺核素扫描： 对于鉴别不同病因的甲亢有帮助，比如Graves病患者甲状腺核素扫描表现为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，甲状腺核素扫描会显示摄取核素降低。
临床表现与综合判断
典型临床表现： 除了前面提到的怕热、多汗、心慌等，还可能有腹泻、月经紊乱等表现。女性甲亢患者可能出现月经量减少，男性可能有性功能减退等情况。医生会综合患者的这些临床表现、实验室检查结果以及影像学检查结果来最终确诊甲亢，并进一步明确甲亢的具体病因，以便制定合适的治疗方案。