El diagnóstico de hipotiroidismo se puede sospechar en pacientes con fatiga, intolerancia al frío, estreñimiento , piel seca escamosa y el resto de síntomas anteriormente mencionados. Una prueba clínica de sangre es necesaria para confirmar el diagnóstico.

Cuando el hipotiroidismo está presente, los niveles sanguíneos de las hormonas tiroideas se reducen. Sin embargo, en el hipotiroidismo temprano, el nivel de hormonas tiroideas (T3 y T4) puede ser normal.  Con la evolución de la enfermedad comienzan a descender los niveles de tiroxina (T4) con TSH normal, baja  o muy baja si se trata de un hipotiroidismo secundario y TSH alta si se trata de un hipotiroidismo primario.

En el hipotiroidismo subclínico se observa una TSH elevada con tiroxina normal.

También pueden estar elevados los niveles del colesterol, enzimas musculares (CK, GOT, LDH), pudiendo aparecer además anemia e hiponatremia (déficit del ion sodio).

Otras pruebas a realizar son un electrocardiograma, pudiendo observarse alteraciones del ritmo cardíaco. 

En los casos en los que la disminución de la hormona tiroidea es  debida a un defecto de la hipófisis o el hipotálamo los niveles de TSH son bajos.