血栓栓塞性疾病的診斷主要基于病史、查體和輔助檢查，如心電圖、心臟肌鈣蛋白、腦CT檢查、血管超聲、血管造影等。
對于動脈粥樣血栓形成性疾病，危險因素的評估和檢測對于判斷有無疾病和預后非常重要，也是治療決策的依據。這些危險因素包括年齡、性別、家族遺傳史、家族早發血管血栓性疾病史，血壓、血脂、血糖及控制情況，吸煙史等。高危人群應通過健康體檢及早發現危險因素，及早有效干預。中間終點如頸動脈斑塊和內中膜厚度、踝肱指數（下肢和上肢血壓的比值）、C反應蛋白（CRP）升高、腦鈉肽（NT－proBNP）升高和蛋白尿等對于血管病變的診斷，了解其功能狀態，預后判斷及治療決策有一定價值，應合理應用。
如頸動脈斑塊和內中膜厚度是血管病變和血管事件的一個標志物，不能看做是干預的靶點。CRP本身就是炎癥物質，也是炎癥的標志物，CRP影響因素眾多，許多疾病過程伴CRP升高，很難以CRP作為治療決策的依據。即便是表面健康人群，NT－proBNP升高也具有預后價值，但不宜作為普通人群的篩查項目，但在高危人群，NT－proBNP是非常重要的預后指標。
血液流變學檢查的結果不能協助診斷或者預測心腦血管血栓性疾病，也就是說無法預測腦梗塞或心肌梗死。血液流變學不能作為治療決策或用藥的依據，也不能判斷治療的效果。其他血液學檢查指標，如血凝分析也是這樣。
差不多有70％～80％的深靜脈血栓形成不伴下肢腫脹，下肢手術或者創傷后腿部腫脹往往被認為是手術引起。內科重癥或長期臥床患者應注意單側下肢腫脹和不適，一旦發現應盡早處理。DVT的診斷主要靠血管超聲，超聲血管無血流或者不可壓迫高度提示DVT，血管超聲診斷近端DVT的敏感性和特異性非常高。
對于肺栓塞，主要是要提高警惕性和診斷意識，想不到就診斷不了。典型臨床表現是，突然出現不明原因或者難以解釋的呼吸困難。最常見的臨床體征是呼吸和心率增快，尤其在活動后，嚴重肺栓塞出現暈厥甚至發生猝死。
對于靜脈血栓栓塞，D－二聚體雖然不能確立診斷，但D－二聚體陰性可以基本排除急性的血栓形成。