超声心动图可特异性的显示心肌致密化不全心肌结构特点，是首选的影像学检查。必要时可行经食管超声心动图或造影超声波心动图检查。MRI对心肌致密化不全诊断有较好的敏感性(86%)和特异性(99%)，可用于当超声诊断不明确的情况。其他检查手段如CT、心室造影等也能为诊断提供帮助。
电子计算机X线断层扫描(CT)：可将病变心肌区别显示为密度不同的两层，即外层变薄的致密心肌及内层增厚的非致密化心肌。超高速CT造影可表现为非致密化心肌局部CT值改变。
其他影像学检查：
(1)电子断层显像：显示心肌致密化不全相关区域有限制性心肌灌注。
(2)铊或锝心肌显像：显示病变心肌的低灌注。
(3)冠状动脉造影检查：显示多数心肌致密化不全患者冠状动脉血管内径正常无狭窄，少数患者有冠状动脉异常。
(4)心导管检查：显示左室舒张末容量正常而压力增加，左室运动功能减退，而无左室流出道梗阻。左室造影可发现左室心肌致密化不全的典型征象，病变区心内膜边界呈羽毛状，收缩期可见隐窝内残余造影剂显影。但左室和冠状动脉造影通常用以排除其他并存的心脏异常而并非用以诊断心肌致密化不全。