При подозрении на синдром Клайнфельтера, возникшем в результате клинического осмотра и предварительных исследований, диагноз подтверждается тестом хромосомного анализа, проводимым с использованием образца периферической крови, взятого из руки пациента. Этот тест включает исследование клеток крови для определения хромосомной структуры, и получение результатов может занять определенное время. В то время как у 80-90% людей с синдромом Клайнфельтера обычно выявляется хромосомная структура 47,XXY, в остальных случаях могут также наблюдаться более редкие мозаичные типы, варианты или структурные аномалии Х-хромосомы.