诊断动脉硬化闭塞症，在详细询问患者病史和仔细体格检查，做一些相关化验室检查外，为进一步了解病变的部位和程度，还有必要做一些特殊的检查。动脉硬化闭塞症常用检查方法有以下几种：
超声多普勒检查——超声多普勒频谱血流速仪诊断慢性动脉闭塞性疾病，尤其对动脉硬化闭塞症提供了一个较为理想的无创检查方法。研究证明，多普勒超声与动脉造影相比，其敏感度为91%，特异性为85%，总的准确率为89%～96.6%，尤其对腘动脉以下病变的诊断优于动脉造影。
彩色多普勒检查用于周围血管疾病在某些方面优于超声多普勒频谱流速检查，能直接显示血流，间接显示动脉管腔，并能直接确定病变的位置和范围。在动脉狭窄病变中，可见正常管壁的3层结构消失、内膜不光滑或毛糙、连续性消失、增厚。在动脉粥样硬化的患者，动脉内壁可见大小不等形态各异的强回声结节或斑块，管腔与对侧或正常值比较，有不同程度的狭窄。由于动脉管腔狭窄50%以上，才能发生血流动力学改变，所以彩色多普勒多普勒在对动脉硬化疾病的早期发现、早期诊断方面有重要作用。
光电容积（PPG）描记检查——动脉硬化闭塞症患者，由于动脉高位狭窄，动脉弹性降低，肢体末端缺血也很明显。有的患者由于高位狭窄不太严重，肢体近端缺血不明显，但远端有一定的缺血，特别是动脉弹性的改变，在未形成肢体缺血症状时即已存在。由于PPG描记血流具有很强的灵敏性，动脉血管硬化的程度和缺血的程度在检查中都有相应的表现。因此，能比较客观的反映指（趾）动脉血管的弹性和血运情况，对动脉硬化闭塞症的早期诊断、观察病情变化和判定治疗效果有很大的意义。
血液流变学检查——动脉硬化闭塞症患病初期，血液流变学各值已经有不同程度的增高；当病变发展至II期时，因不同部位的动脉明显狭窄，甚至闭塞，血液流变学检查可见全血高切粘度、血浆粘度、红细胞沉降率、纤维蛋白原等显著增高。全血高切粘度的升高反映了红细胞变形能力的下降。血浆粘度作为血液流变学的重要指标，而血浆粘度的高低主要取决于其中所含大分子蛋白的数量。动脉硬化闭塞症患者这种血液的高粘、高聚、高凝状态，可加重患者缺血、缺氧，极易促发血栓形成，造成闭塞、肢体溃疡或坏疽。因此，在临床诊断中，血液流变学指标的异常可作为重要依据之一。
体外血栓形成检查——动脉硬化闭塞症患者血液处于高粘、高凝状态，极易发生血栓形成。由于血栓形成是在体内血液流动状态下发生的，与血流动力学、血液流变学等有直接关系。动脉硬化闭塞症患者的体外血栓检查结果明显异常，其体外血栓长度、血栓湿重、干重各值均非常显著地高于健康人，表明血液高凝是闭塞性动脉硬化症的重要病理变化之一。动脉硬化闭塞症患者临床病情变化不同与体外血栓各值的变化也有密切关系，临床不同分期、分级的患者，体外血栓各值之间存在差异，特别是坏死期的患者其体外血栓各值明显增高，极易形成血栓，提示血液高凝的程度与临床病情的变化呈正比。临床上可根据体外血栓各值的变化来诊断、推测病情，且可作为治疗效果判定的依据。
动脉造影——动脉造影检查常用的方法有动脉穿刺造影，经皮穿刺插管造影，切开暴露动脉穿刺造影等。动脉硬化闭塞症动脉造影所显示的主干动脉几乎都有异常表现；动脉有扭曲，走形僵硬，呈节段性狭窄或闭塞，有虫蚀样阴影，动脉壁呈串珠样改变。造影所显示的动脉几乎都有病变，动脉闭塞的位置高，在腹主动脉下段、髂总动脉分叉处，髂外动脉与髂内动脉分叉处多见，以大动脉闭塞为主，以某一部位极度狭窄或闭塞为主，同时其余的动脉也有程度不同的狭窄。动脉硬化闭塞症出现急性动脉栓塞时，造影显示动脉突然中断。
电子计算机X线断层扫描检查（CT）——CT可以对解剖位置特殊、多普勒难检测的腹主动脉、髂总动脉等部位进行诊断。CT不仅可以对大血管的钙化病灶诊断准确，还可以观察到血管壁增厚，夹层动脉瘤等其他病理改变，可以全面的观察大血管和周邻组织器官的关系。
磁共振成像检查（MRI）——MRI为无创伤性的检查方法，对机体无损伤，检查前无需特殊准备，可提供血管的解剖形态成像。显示动脉硬化斑块，因此有助于对动脉硬化的早期发现，对鉴别诊断大动脉炎和动脉硬化闭塞症的早期有帮助，对动脉硬化合并动脉瘤的检查MRI更具有优越性。
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