La anamnesis, la exploración física y las pruebas de función tiroidea son los tres puntales del diagnóstico.

La medición de la concentración sérica de tirotropina u hormona estimulante del tiroides (TSH), hormona producida por la hipófisis que ordena a la glándula tiroides producir y secretar las hormonas tiroideas a la sangre, es el método de cribaje inicial. Salvo en casos poco frecuentes (adenoma hipofisario secretor de TSH o resistencia hipofisaria a las hormonas tiroideas), en los pacientes hipertiroideos, la TSH está suprimida.

La confirmación diagnóstica del hipertiroidismo requiere la determinación del índice de T4 libre. La concentración de T4 libre está elevada en el hipertiroidismo, si bien puede ser normal en determinadas situaciones. Así, si la concentración de T4 libre es normal y la de TSH es baja en un paciente con signos y síntomas sutiles de hipertiroidismo, deberá medirse la concentración sérica de T3 para detectar una toxicosis por T3, dado que el aumento de la concentración confirmará el diagnóstico.

En caso de querer realizar un diagnóstico etiológico del hipertiroidismo, podrá solicitarse una prueba de captación de yodo radiactivo, una gammagrafía tiroidea o una determinación de autoanticuerpos (antitiroglobulina, antiperoxidasa y estimulantes del tiroides).