根據確切的鉈接觸史、典型的臨床表現、參考尿鉈或其他生物材料中鉈的測定，并排除其他病因所致周圍神經病，鉈中毒的診斷一般不困難。
鉈中毒的嚴重程度，目前參考職業性急性鉈中毒的分級標準，具體如下：
輕度中毒：除具有頭暈、頭痛、乏力、食欲減退、下肢沉重癥狀外，同時具備以下任何一項者: ①四肢遠端特別是下肢麻木，痛覺過敏，痛覺、觸覺減退呈手套、襪套分布或跟腱反射減弱； ②神經 -肌電圖顯示有神經源性損害。
重度中毒：上述癥狀加重,具備下列一項表現者: ①中毒性腦病或中毒性精神病；②四肢遠端明顯肌肉萎縮并影響運動功能,或多發性腦神經損害；③肌電圖顯示神經源性損害并有較多自發性失神經電位；④伴有明顯心、肝或腎損害。
鑒別診斷需要排除癔病、格林-巴利綜合征、血卟啉病、肉毒中毒、糖尿病及鉛、砷、二硫化碳、一氧化碳等中毒性疾病。
檢測：
1.鉈的生物樣品測定：測定尿鉈含量有助于診斷，因為正常人尿中幾乎測不出鉈。尿鉈超過0.015mmol/L(0.3mg/L)有診斷意義。
2.神經電生理：腦電圖顯示不同程度的改變，重度中毒患者可見棘波、慢波。當周圍神經軸索發生變性時，肌電圖顯示神經原性改變，如在安靜時，出現正銳波或纖顫電位，小力收縮時運動單位平均時限延長。感覺與運動傳導速度減慢、遠端潛伏期延長。
3. 心電圖: 竇性心動過速、心律失常、T波平坦、倒置，甚至T波消失。
4. 肝腎功能：部分患者尿中有紅、白細胞、蛋白與管型。BUN增高。鉈作業工人可表現尿中β2-微球蛋白增高，反映了近端腎小管功能紊亂。肝功能檢查顯示血清ALT活性增高。
5. 其他：有報道鉈中毒患者血清巰基水平低下、血鈣下降、血糖升高、尿糖陽性。