（一）血象 血細胞總數增多，一般在（10—30）×109/L，中性粒細胞百分比增高，可出現明顯核左移及細胞內中毒性顆粒，嗜酸粒細胞減少或消失。機體反應性較差者及少數革蘭陰性桿菌敗血癥患者的白細胞總數可正常或偏低，但中性粒細胞數仍增多。
（二）病原學檢查 以血培養最為重要，應在抗菌藥物應用前及寒戰、高熱時進行、并宜多次反復送驗、每次采血量新生兒和嬰兒為5ml，年長兒和成人為10ml。有條件者宜同時作厭氧菌和真菌培養。已采用抗菌藥物的病例宜于培養基中加入硫酸鎂、β—內酰胺酶、對氨苯甲酸等以某些抗菌藥物，或用血塊培養法以提高陽性率。骨髓培養的陽性率較血培養者為高。以膿液、腦脊液、胸腹水液、淤點擠野等涂片檢查和培養，亦有檢出病原菌的機會。分離得病原菌后敏實驗，以測定最低抑菌濃度（MIC），供選用抗菌藥物參考。必要時測量最低殺菌濃度（MBC），血清殺菌實驗也有重要參考意義。一般培養基上無細菌生長，疑有L—型細菌敗血病時，應作高滲鹽水培養。真菌生長緩慢，培養陽性率亦較低。乳膠凝集實驗測定抗原或相應抗體（用于隱球菌病），以及病理組織檢查等均有助于診斷。厭氧菌分離培養至少也需1周，不能及時為臨床治療提供細菌學依據。近年已開展氣相色譜法、離子色譜法等快速診斷技術。色譜法也能在1小時內對林裝標本做出有無厭氧菌的診斷，便于指導用藥。免疫熒光法快速、敏感，且能特異地鑒定厭氧菌；其他尚有免疫酶表組化快速鑒定產氣莢膜梭菌等，對早期診斷有良好效果。
（三）其他檢查 鱟溶解物實驗（LLT）可檢測血清等標本中革蘭陰性桿菌的內毒素，但不能鑒別為何種病原菌，對診斷革蘭陰性敗血癥有一定幫助。病程中如出現心、肝、腎等臟器損害，或休克、DIC等時，應作相應檢查。化膿性關節炎在發病2周后X線檢查才有所發現。