血中支鏈氨基酸測定：用自動氨基酸分析儀或離子交換色層析或串聯式質譜熒光分析檢測法可直接測定血中支鏈氨基酸濃度，包括亮氨酸、異亮氨酸、別異亮氨酸（alloisoleucine）和纈氨酸。由于BCKD復合體活性減低或缺如，這些支鏈氨基酸在血中濃度都升高，其中特別是亮氨酸升高比其他3種支鏈氨基酸更明顯。在正常人血中別異亮氨酸的量很少，在該病中則有升高。因此測定血中別異亮氨酸水平具有診斷意義。
血漿支鏈氨基酸代謝產物的測定：該病血漿中5-和3-甲基-2酮戊酸對聚體是升高的。
血漿氨基酸晝夜變化 ：該病患者在禁食狀態非支鏈氨基酸由于氨基酸氧化速率比蛋白質裂解速率大，支鏈氨基酸由于特異性代謝阻斷，故支鏈氨基酸有凈得，血液中水平增高。這種在禁食和進食狀態下血漿氨基酸的晝夜變化是該病的代謝特征。