诊断甲状腺疾病时，主要检测的是血总T3（TT3）、总T4（TT4）、游离T3（FT3）、游离T4（FT4）以及超敏感TSH等指标。在甲亢的早期阶段，临床症状尚轻微时，通常首先出现T3的升高，随后才是T4的上升。这对于甲亢的早期诊断和复发判断尤为重要。
关于各项指标的正常值范围，血TT4的正常值为54～167pmol/L，FT4的正常范围为10～30pmol/L；血TT3的正常值为0.8～2.6pmol/L，FT3的正常范围为3.5～10pmol/L。在甲状腺机能亢进的情况下，TT4、FT4、TT3和FT3都会出现升高，而超敏感TSH则会降低。
基础代谢率（BMR）的正常值范围为±15%，对于5岁以上的儿童更为重要。当BMR大于15%时，可能意味着甲状腺功能亢进。但由于甲状腺功能测定的普及，现在很少进行BMR的测量。
除了基础的血液检测外，还可以进行其他诊断方法如TRH兴奋试验和抗甲状腺球蛋白抗体（TGAb）和抗甲状腺颗粒抗体（TMAb）的检测。通过静脉注射促甲状腺激素释放激素（TRH），观察血TSH的变化，正常反应是TSH升高，但在甲亢时却不会增高或低于正常。通过检测各种甲状腺抗体，可以了解桥本病是否会导致甲状腺机能亢进，并观察治疗效果和复发可能性。
甲状腺扫描和甲状腺B超也是常用的辅助诊断手段。甲状腺扫描可以了解甲状腺的大小和结节性质，而甲状腺B超则可以清晰地显示甲状腺的大小、结节以及囊肿等情况。综合这些诊断方法，可以更准确地判断甲状腺疾病的类型和程度，为治疗提供有力的依据。
