甲状腺肿大可通过体格检查、影像学检查和实验室检查三种主要方式确诊。
体格检查是初步筛查甲状腺肿大的基础手段。医生通过触诊颈部甲状腺区域，判断腺体是否对称、质地是否均匀、有无结节或压痛。典型甲状腺肿大会表现为颈部前方隆起，吞咽时肿块随喉结上下移动。触诊可初步评估肿大程度，但对微小病变或深部结构显示有限。
影像学检查中超声检查是首选方法。高频超声能清晰显示甲状腺体积、血流信号及结节特征，测量腺体各径线计算肿大程度。CT或MRI适用于评估巨大甲状腺肿对气管、食道的压迫情况，明确胸骨后甲状腺肿的范围。放射性核素扫描可辅助判断甲状腺功能状态，鉴别热结节与冷结节。
实验室检查包括甲状腺功能五项和抗体检测。促甲状腺激素、游离甲状腺素等指标可判断是否合并甲亢或甲减。甲状腺过氧化物酶抗体和甲状腺球蛋白抗体阳性提示自身免疫性甲状腺炎可能。细针穿刺细胞学检查适用于超声发现的可疑结节，通过病理诊断明确良恶性。
甲状腺肿大的诊断需结合临床表现综合判断。单纯性甲状腺肿通常无功能异常，而格雷夫斯病常伴突眼、心悸等甲亢症状。慢性淋巴细胞性甲状腺炎患者可能出现颈部僵硬感。若发现短期内迅速增大的甲状腺肿块或声音嘶哑，需警惕恶性病变可能。
