化膿性或膿毒性CST是一種威脅生命的疾病，需立即確診和評估，但其早期臨床表現常無特異性，且頭部軸向常規厚層CT掃描（層厚10 mm）敏感性較低。因此，醫生對本病有較高的警惕性對臨床診斷至關重要。首先，應根據患者典型的臨床癥狀和體征確定為海綿竇病變：患者常表現三叉神經第1支分布區麻木，伴復視或眶周痛。如還出現眼球突出、球結膜水腫、頭痛和發熱，則可確診為海綿竇綜合征。其次，結合患者中耳炎、乳突炎和鼻竇炎等化膿性感染、其他硬腦膜竇感染擴散或全身性感染病史，頭痛、嘔吐、眼肌麻痹、復視及意識障礙等臨床癥狀，以及MRI或CECT神經影像學表現可診斷海綿竇血栓形成。
CST眼肌麻痹的特點為動眼神經麻痹可表現為痛性或無痛性，多為部分性功能障礙，瞳孔可受累或不受累，可發生瞳孔擴大、光反應消失，伴或不伴Ⅳ、Ⅴ1、Ⅵ腦神經麻痹，也可發生Horner征。視神經較少受累，視力正常或有中度下降，眼底偶見視乳頭水腫，周圍可有出血。
外直肌麻痹須注意與其他可能的病因相鑒別。老年患者外展神經病變常為特發性或由血管性疾病或糖尿病所致，但應檢測紅細胞沉降率以排除罕見的巨細胞動脈炎。顱底放射學檢查可排除鼻咽癌或其他腫瘤。無痛性外展神經麻痹患者，如上述檢查正常，無其他全身性和神經系統癥狀，顱內壓不增高，則可行保守治療隨訪。試用潑尼松（60 mg/d口服，連續5 d），如使痛性外展神經麻痹癥狀顯著減輕，則支持眶上裂（眶上裂綜合征）或海綿竇特發性炎癥(Tolosa-Hunt綜合征）的診斷；如經類固醇治療仍持續疼痛，應行MRI或CECT檢查海綿竇，必要時需做數字減影血管造影（DSA）檢查。