瀰漫性毒性甲狀腺腫診斷的依據主要依靠甲狀腺功能、甲狀腺超聲、甲狀腺顯像和甲狀腺相關的抗體。需要和單純性甲狀腺腫、破壞性甲狀腺毒症相鑑別。特別是破壞性的甲狀腺毒症，比如甲狀腺炎、亞急性甲狀腺炎早期，有典型的甲亢臨床表現，但是通過放射碘或者甲狀腺顯像檢查會發現明顯的降低，可以用來鑑別。有部分垂體促甲狀腺激素瘤的患者，有甲亢的臨床表現，但是沒有突眼，黏液水腫的症狀。