诊断衣原体感染单靠临床表现是不够的，必需经过一定的实验室检查，才能够确诊。常用的检查方法是衣原体培养、直接荧光抗体检测、酶标免疫反应和DNA探针与聚合酶链式反应(PCR)。
(1)衣原体培养 由于沙眼衣原体是在细胞内寄生，所以它只能在组织中培养。衣原体的培养取材一般应在男性的尿道深入0.5cm以上，女性的尿道或宫颈用棉拭子取材。培养法的方法较复杂，但极少有假阳性，所以诊断率高。
(2)直接荧光抗体检测 这是非培养法中应用最多的检测方法。此法操作容易，特异性好，特别是在检测子宫内膜和输卵管等部位的感染时较培养法敏感。它还可以用于精液、直肠标本以及因运输或保存等原因使衣原体失活的标本的检测。不足之处是其结果易受主观因素的影响，因而需要有经验的检验师。
(3)酶标免疫反应 这是目前应用最广的检测方法。该法的优点是快速、方便、廉价和检测批量化。
(4)PCR PCR将标本数目有限的目标DNA或RNA序列成百万倍放大，使敏感性大大提高。本法对实验室的要求较严格，您千万不要相信一些打着PCR的招牌行骗的门诊部。