I medici dispongono di un numero di metodi diagnostici per determinare la natura e la gravità di una malattia venosa: dalla storia del paziente (anamnesi) agli ultrasuoni e a metodi invasivi.

La sonografia doppler misura la velocità e la direzione del flusso sanguigno. Cambiamenti nella frequenza dell'ultrasuono riflesso forniscono anche informazioni su ostacoli o sul cattivo funzionamento delle valvole. Un ulteriore sviluppo di questo metodo è rappresentato dalla sonografia duplex (eco-doppler) e duplex a colori (ecocolor-doppler) che, oltre a visualizzare il flusso del sangue, dà un'immagine ad ultrasuoni dei vasi sanguigni, quindi permette di ottenere ulteriori informazioni sullo stato e sul funzionamento della vena. Ci si serve sempre della sonografia duplex quando c’è un sospetto di trombosi o flebite e gli altri metodi a disposizione non forniscono un'immagine chiara oppure se è previsto un trattamento invasivo tipo quello chirurgico.  

È possibile misurare anche il funzionamento del sistema venoso: la fotopletismografia (o reografia a luce riflessa) è una procedura standard in base alla quale si irradia con infrarossi la cute della parte inferiore della gamba in un punto ben definito e si misura la luce riflessa. Il risultato dipende dalla quantità di sangue che scorre nelle vene sottostanti. Il paziente deve poi muovere il piede alcune volte in una certa maniera provocando così il graduale svuotamento delle vene sotto osservazione.

A questo punto si misura il tempo necessario affinché le vene si riempiano di nuovo di sangue: se ci impiegano più di venticinque secondi significa che la funzionalità è normale. Un riempimento più rapido potrebbe essere indice di insufficienza dovuta alle valvole danneggiate, che permettono al sangue di fluire nella vena nella direzione opposta rispetto alla situazione normale.

Soltanto in rari casi è necessario ricorrere alla flebografia (radiografia della vena con mezzo di contrasto).