神经莱姆病神经系统表现多样，一般的辅助检查像头颅影像、腰穿等，并没有特征性，易误诊为其它神经系统疾病。尤其在非疾病高发区，不能完全依靠流行病学、蜱咬史或皮肤损害等来确诊。
血清学检查对莱姆病诊断有特异性，对临床诊断和病情监测有重要价值。常用方法为间接免疫荧光实验和酶联免疫吸附试验，测定血清抗伯氏疏螺旋体抗体。从患者的病灶、血液、脑脊液检出病原体是最可靠的诊断依据，但体内菌量少，同时存在时间短、阳性率低。采用聚合酶链反应测定是更有特异性的诊断方法。