診斷沙眼衣原體感染常用的實驗室方法有以下幾種：①標本涂片染色直接鏡檢；②細胞培養法；③抗原檢測試驗,包括直接免疫熒光法和酶聯免疫吸附試驗；④DNA雜交及聚合酶鏈反應(PCR)法；⑤血清抗體檢測。
(一) 標本涂片染色直接鏡檢
將臨床標本涂片后，作姬姆薩染色、碘染色或帕氏染色，鏡下觀察。可用于新生兒眼結膜刮片的檢查，但它不適宜用于泌尿生殖道沙眼衣原體感染的診斷，因為在這種情況下，它的敏感性和特異性均極低。
(二) 細胞培養法
此法是目前檢測沙眼衣原體感染最為敏感和特異的方法，敏感性為70%～95%。此法可用作證實試驗和治療后的判愈試驗。作細胞培養取材很重要。對女性患者，一般取宮頸管標本,方法是先用一根長棉拭擦去宮頸表面粘液,棄去; 再用另一根長棉拭插入宮頸管1～2cm處,捻轉數圈,停留10秒后取出送檢。作沙眼衣原體檢查時,拭子標本放入標本運送液中,-85℃低溫冰箱保存待用。對于新生兒眼炎或肺炎，也可取結膜刮片標本及痰液、支氣管洗出液等。
(三)直接免疫熒光法
針對沙眼衣原體主要外膜蛋白(Syva,Difco,Kallestad 的產品 )或脂多糖(Bartels,Boots Celltech,Califonia Integrated Diagnostic的產品)的單克隆抗體與相應的抗原結合，單克隆抗體標有熒光素，在熒光顯微鏡下，陽性者可見到亮蘋果綠的原體和始體。此法診斷沙眼衣原體感染的敏感性為70%～90%，特異性為83%～99%。由于有可能將某些發光顆粒(白細胞、上皮細胞、色素顆粒)、細菌和酵母菌誤認為沙眼衣原體，因此我科此項檢查的由專人負責。直接免疫熒光法的優點是：快速，價廉，操作簡便，標本的貯存和運送方便，標本中的沙眼衣原體不必是存活的或是有感染性的。缺點是在低感染率的人群中敏感性差，受實驗人員的主觀影響大。它最適宜用來檢測沙眼衣原體高流行率人群(如性病門診病人)。
(四)酶聯免疫吸附試驗
將沙眼衣原體抗體致敏聚苯乙烯小珠 ( Chlamydiazyme，為Abbott的產品)或包被微量板孔(IDEIA,為 Boots Celltech 的產品；Pathfinder，為Kallestad的產品)，捕獲標本中的沙眼衣原體抗原，通過酶聯顯色反應而判斷結果。此法診斷沙眼衣原體感染的敏感性與直接免疫熒光法相當，而特異性稍有不如(90%左右)。試驗結果陰性時，不能完全排除沙眼衣原體感染，有可能是沙眼衣原體數量不足或標本采集不當的緣故。
此法的一個顯著優點是自動化程度高，可同時檢測大批量標本，結果判斷客觀性強。它與直接免疫熒光法一樣，最適宜用來檢測沙眼衣原體高流行率人群。在低流行率的人群中應用時，解釋結果宜慎重。