De patiënt krijgt een oogheelkundig onderzoek waarbij de oogarts de oogzenuwen controleert. Ook krijgt de patiënt een MRI-scan, een CT-scan en een röntgenfoto van de hersenen en het ruggenmerg. Daarnaast neemt de arts bloed en spinale vloeistof (ruggenmergvocht) af om de diagnose te bevestigen.
Acute gedissemineerde encefalomyelitis (postinfectieuze encefalitis (hersenontsteking)), multiple sclerose, systemische lupus erythematosus, paraneoplastische aandoeningen en sarcoïdose zijn aandoeningen waarvan de symptomen lijken op neuromyelitis optica.