甲亢的诊断主要依据临床表现、实验室检查以及影像学检查等多方面来综合判断。一般来说，通过相关检查发现甲状腺功能异常等情况来确诊。
临床表现方面的依据
症状表现：患者可能出现多汗、怕热、心慌、手抖、食欲亢进但体重却下降、大便次数增多等症状。比如有些患者会明显感觉比别人更容易出汗，即使在温度不高的环境下也大汗淋漓；还有些患者会发现自己心跳比平常快很多，平静状态下心率可能超过100次/分钟。体征表现：医生查体时可能会发现甲状腺肿大，有的是弥漫性肿大，有的可能有结节样肿大；部分患者还能摸到震颤或者听到血管杂音等。
实验室检查依据
甲状腺功能测定：血清甲状腺激素（如总甲状腺素（TT4）、总三碘甲状腺原氨酸（TT3）、游离甲状腺素（FT4）、游离三碘甲状腺原氨酸（FT3））会升高，促甲状腺激素（TSH）会降低。通常情况下，甲亢患者的FT3、FT4水平明显高于正常范围，而TSH会低于正常下限。例如，正常FT4参考值一般在12 - 22pmol/L，甲亢患者可能会超过30pmol/L；正常TSH参考值多在0.3 - 5.0mIU/L，甲亢患者可能低于0.1mIU/L。甲状腺自身抗体检查：促甲状腺激素受体抗体（TRAb）、甲状腺过氧化物酶抗体（TPOAb）、甲状腺球蛋白抗体（TgAb）等可能有异常。其中，TRAb是诊断Graves病（一种常见的甲亢类型）的重要指标，如果TRAb阳性，对Graves病的诊断有较大提示意义。
影像学检查依据
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。比如甲状腺双侧叶可能较正常增大，彩色多普勒超声下可见甲状腺内血流明显增多，像熊熊燃烧的火焰一样。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表现为摄取功能增强，分布均匀；而亚急性甲状腺炎引起的甲亢，核素扫描可能显示摄取功能降低等特殊表现。