根據急性起病的發熱、頭痛、嘔吐，查體有腦膜刺激征，腦脊液壓力升高、白細胞明顯升高，即應考慮本病。確診須有病原學證據，包括腦脊液細菌涂片檢出病原菌、血細菌培養陽性等。
一、常規實驗室檢查
a) 血常規：白細胞總數及中性粒細胞明顯增加。貧血常見于流感桿菌腦膜炎。
b) 血培養：早期、未用抗生素治療者可得陽性結果。能幫助確定病原菌。
c) 咽拭子培養：分離出致病菌有參考價值。
d) 瘀點涂片：流腦患兒皮膚瘀點涂片查見細菌陽性率可達50%以上。
二、腦脊液檢查：
a) 常規：可見典型化膿性改變。腦脊液外觀混濁或稀米湯樣，壓力增高。鏡檢白細胞甚多，可達數億/L。
b) 生化：糖定量不但可協助鑒別細菌或病毒感染，還能反映治療效果。蛋白定性試驗多為強陽性，定量每在1g/L以上。
c) 細菌學檢查：將腦脊液離心沉淀，作涂片染色，常能查見病原菌，可作為早期選用抗生素治療的依據。
d) 免疫學檢查：
i. 對流免疫電泳（coumter-immunoec trophoresis,CIE)：此法系以已知抗體（特定的抗血清）檢測腦脊液中的抗原（如可溶性莢膜多糖。特異性高，常用作流腦快速診斷，也用以檢查流感桿菌、肺炎鏈球菌等，陽性率可達70%～80%。
ii. 對腦膜炎雙球菌與流感桿菌檢測結果與用CIE方法所測結果相似。但對肺炎鏈球菌敏感性較差。此法較CIE敏感，但有假陽性可能。
iii. 用熒光素標記已知抗體，再加入待檢抗原（如腦脊液、血液標本），然后用熒光顯微鏡觀察抗原抗體反應。此法特異性高、敏感性強，可快速作出診斷，但需一定設備。
iv. 酶聯免疫吸附試驗。
e) 鱟蛛溶解物試驗 ：（1）正常腦脊液中免疫球蛋白量很低，IgM缺乏。化腦患兒IgM明顯增高，如大于30mg/L，基本可排除病毒感染。（2）正常腦脊液LDH平均值：新生兒53.1IU；乳兒32.6IU；幼兒29.2IU；學齡28.8IU。LDH同功酶正常值；新生兒LDH127%，LDH235%,LDH334%，LDH243%，LDH51%。出生1個月后，LDH137%，LDH232%，LDH328%，LDH42%，LDH51%。化腦病兒LDH值明顯升高，同功酶中LDH4及LDH5明顯上升。
三、影像學檢查
影像學檢查的診斷和鑒別診斷意義有限。部分患者表現為增強后腦膜和腦皮層增強信號，但無增強表現亦不能排除診斷。影像學檢查的真正意義在于了解腦膜炎的中樞神經系統并發癥，如腦膿腫、腦梗死、腦積水。硬膜下積膿和靜脈竇血栓形成等。