細菌培養：從患者的感染部位采集樣本，如痰液、膿液、組織等，進行細菌培養。非結核分枝桿菌生長速度較慢，通常需要2-6周才能得到結果。
分子生物學檢測：通過PCR等分子生物學技術檢測樣本中非結核分枝桿菌的特異性基因序列，可以提高檢測速度和準確性。
影像學檢查：對于肺部感染，可以通過胸部X光或CT檢查觀察肺部病變情況。
病理檢查：對于組織感染，可以通過病理檢查觀察組織病變情況，并進一步確定非結核分枝桿菌感染。
免疫學檢測：通過檢測患者血清中的非結核分枝桿菌特異性抗體或抗原，可以輔助診斷非結核分枝桿菌感染。