Se sospechará la enfermedad por la identificación de los síntomas característicos, y se confirmará el diagnóstico mediante exámenes físicos y neurológicos. Se pueden apreciar debilitados los músculos oculares. Un análisis de sangre puede detectar la presencia de anticuerpos contra los receptores de la acetilcolina, aunque no se pueden detectar en la forma ocular de la enfermedad.
Tras la administración intravenosa de cloruro de edrofonio o Tensilon, un medicamento que bloquea la degradación de la acetilcolina y aumenta temporalmente los niveles de acetilcolina en las uniones neuromusculares, se alivia transitoriamente la debilidad de los músculos oculares de los enfermos.
En el electromiograma, las fibras musculares de los enfermos de miastenia gravis no responden muy bien a los estímulos eléctricos repetidos si se comparan con los músculos de individuos normales. Se utilizan TAC o RMN para examinar el timo.