Диагностика гипогонадизма основана на общем осмотре пациента, оцениваются размеры и степень развития яичек, мошонки, полового члена, характер оволосения на лице и теле, состояние кожи, молочных желез. Проводится оценка жалоб, чаще с помощью специализированных опросников. Для анкетирования чаще всего применяется опросник AMS (Ageing male scale).

После осмотра врач назначает лабораторное исследование для подтверждения наличия гипогонадизма и выявления его причины. Оно состоит в проведении гормонального анализа крови на уровни общего тестостерона, глобулина связывающего половые гормоны (ГСПГ), лютеинизирующго гормона (ЛГ) и фолликулостимулирующего гормона (ФСГ).

Измерение тестостерона рекомендуется делать в утренние часы (с 9:00 до 11:00), так как у здорового человека выработка тестостерона неодинакова в течение суток.

Иногда для уточнения диагноза требуется определение других гормонов гипофиза (пролактин, ТТГ), половых гормонов и их предшественников (эстрадиол, дегидроэпиандростерон), генетический анализ (кариотипирование, обнаружение мутаций), анализ спермограммы, МРТ головного мозга.