衣原體感染的診斷手段主要依靠實驗室方法。
1.細胞培養法：細胞培養法被認為是“金標準”方法，它的敏感性、特異性、陽性預期值和陰性預期值等均較可靠且重復性好。缺點是費時費力技術要求高。
2.直接涂片鏡檢：取眼結膜、宮頸拭子或刮片做涂片，下呼吸道感染纖維支氣管鏡刷取分泌物或灌洗液檢測上皮細胞胞漿內的沙眼衣原體包涵體。
3.酶聯免疫吸附試驗（ELISA）檢測臨床標本中衣原體抗原，該方法敏感、簡便快速，但與細菌有交叉反應，可出現假陽性，尤其是鼻咽部標本。
4.補體結合試驗：抗體效價≥1:64即有診斷價值；急性期和恢復期雙份血清，抗體效價有4倍以上增高者則診斷意義更大。
5.核酸檢測：聚合酶鏈反應（PCR）用于檢測衣原體DNA，能從標本中直接鑒定衣原體的種和型別。