年轻人突然出现进行性视物模糊、复视或身体不同部位运动和感觉异常，医生常考虑到硬化症的可能性。如有缓解、复发，则更支持本病的诊断。当医生怀疑有硬化症时，应进行全面的神经系统检查。神经系统的定位体征，如眼球运动障碍、肌无力和全身某些部位的麻木，加上其他体征如视神经炎，以及症状的缓解与复发，使诊断更加肯定。
不能靠单一的实验室检查结果诊断硬化症，但实验室检查可以区分多发性硬化和其他有相似症状的疾病。医生可能作腰穿抽取脑脊液标本，多发性硬化患者的脑脊液中白细胞和蛋白含量可能有轻度增高，脑脊液中的抗体浓度也会升高，90%以上的多发性硬化患者可以出现特异的抗体和其他物质。磁共振成像(MRI)是一项非常敏感的影像诊断技术。它可以显示大脑内的脱髓鞘病灶。MRI还可以显示病灶是否处于活动期，区别新近的脱髓鞘病灶及陈旧性病灶。
诱发电位检测是记录当神经受到刺激时的脑电反应性。例如：正常情况下，大脑对光或声音能产生特征性的反应性电活动，而硬化症患者由于髓鞘脱失，神经纤维的传导速度减退，因而反应。