由于個體差異較大，臨床誤診率較高，對于原因不明的嘔吐、驚厥、酸中毒、肌張力異常、發育落后、呼吸困難等患兒應及早進行有關檢查，尿酮體測定、血氣分析、血氨、血糖、心肌酶譜等一般生化檢查均有助于診斷。氣相色譜2質譜聯用分析尿、血、腦脊液有機酸定量檢測是確診本癥的關鍵方法。正常人尿甲基丙二酸濃度<2mmol/mol·肌酐，24h的排出量<5mg，在甲基丙二酰輔酶A變位酶缺陷的患者尿甲基丙二酸濃度為270～13000mmol/mol·肌酐，24h總量可達240～5700mg。由于丙酸蓄積，患者尿32羥基丙酸和甲基枸櫞酸濃度亦明顯增高。經治療后患者尿甲基丙二酸排出可明顯減少。正常人血漿難以檢出甲基丙二酸，患者可達200～2500mmol/L。腦脊液甲基丙二酸濃度與血漿濃度接近。應注意排除新生兒期其它原因引起的酮癥酸中毒、鈷胺素缺乏和其他原因所致同型半胱氨酸血癥。
本癥的病型分析需依賴皮膚成纖維細胞、淋巴細胞、肝組織纖維母細胞酶學分析或基因診斷。通過胎盤絨毛細胞、羊水細胞酶學檢查、母親尿液及羊水甲基丙二酸測定，可進行本癥的產前診斷，國內外取得了成功的經驗。曾有患兒經產前檢查證實為脫氧腺苷鈷胺素合成酶缺陷，在出生前接受鈷胺素治療，得到了有效的控制。