A anisocoria é diagnosticada por um oftalmologista através de um exame oftalmológico. Durante o processo de diagnóstico, testes adicionais podem ser solicitados para avaliar os sintomas e determinar a causa subjacente. Colírios podem ser usados durante o exame para permitir uma melhor avaliação das pupilas. Os seguintes métodos de diagnóstico avançados podem ser empregados para investigar detalhadamente a causa da anisocoria: Imagem por Ressonância Magnética (RM), Tomografia Computadorizada (TC), Raio-X, Hemograma completo.