甲亢診斷并不困難，只要考慮到甲亢，進行甲狀腺功能檢查即可診斷。
甲狀腺分泌的T3、T4、FT3、FT4明顯升高，由于甲狀腺和垂體軸的反饋作用，TSH常常降低。如果一個患者的T3、T4、FT3、FT4升高，同時伴TSH下降，即甲狀腺功能亢進。
由于甲亢多數是Graves病，是甲狀腺自身免疫病，所以常常伴隨甲狀腺自身抗體升高，甲狀腺球蛋白抗體和甲狀腺過氧化物酶抗體升高，Graves病患者是由于濾胞細胞產生了一種刺激甲狀腺功能的免疫球蛋白-TSI，所以臨床檢驗促甲狀腺素（TSH）受體抗體-TRAb陽性。
有些甲亢患者可以只表現T3和FT3升高，T4和FT4正常，但TSH下降，我們稱其為“T3甲亢”。“T3甲亢”多見于老年甲亢患者或毒性功能自主熱結節患者。