一般情况下，医生通过病史和体检就能作出”脑卒中”的诊断。体检可帮助医生确定大脑受损的部位。计算机体层摄影（CT）和磁共振成像（MR1）常用于确诊，但这些检查要在几天后才能显示诊断。
CT和MRI也可帮助排除由”出血”或”肿瘤”引起的脑卒中。当考虑急诊手术时，需作血管造影。另外，要尽可能明确脑卒中的真正原因，脑卒中是由到达脑部的血凝块（栓子）引起的还是由”动脉硬化”造成血管闭塞（动脉血栓）引起的，这对手术至关重要。
如果血凝块或栓子是脑卒中的原因，那么基础病因未得到纠正时就有可能再次发生脑卒中。例如如果”心律失常”导致在心脏形成血凝块，治疗心律失常可预防新的血凝块形成及另一次脑卒中的发生。在这些病例中，需常规作心电图（寻找心律异常）或其他心脏检查，这些检查包括持续24小时动态心电图（Holter）检查和评价心脏房室和瓣膜的超声心动图。
其他的试验室检查少有帮助，但常用来排除其他原因引起的脑卒中，如红细胞减少（”贫血”）、”红细胞增多”（”红细胞增多症”）、白细胞癌（”白血病”）或”感染”。脑卒中后很少使用腰椎穿刺术检查，只有需要确定颅内压力是否正常时才采用这一检查，通常要作CT和MRI。腰椎穿刺术可用于检查颅内感染，可测定脑脊液压力或脑卒中是否是由出血引起。