肺炎衣原体感染实验室检查血白细胞正常或稍高，血沉多增快，从痰，咽拭子，咽喉分泌物，支气管肺泡灌洗液中直接分离出肺炎衣原体是诊断的金标准，但肺炎衣原体不能体外培养，需要在呼吸道来源的细菌系接种培养，操作较繁琐，一般仅用于科学研究，大部分的医院难以开展。
目前衣原体肺炎的诊断主要依据血清学，原发感染者，急性期血清标本IgM滴度大于1:32或急性期和恢复期的双份血清IgM或IgG有4倍以上的升高可诊断，再感染着IgG滴度大于1:512或4倍增高，或恢复期IgM有4倍以上的升高，也可用PCR方法对呼吸道标本进行DNA扩增，多用于临床流行病学调查。
肺部感染时x线检查显示疾病早期以单侧下叶肺泡渗出为主，后期可发展成双侧病变，表现为肺间质和肺泡处混合存在，病变可持续几周，原发感染者多为肺泡渗出，再感染着则为肺泡渗出和间质性病变混合。