T3型甲亢的诊断依据主要包括血清游离三碘甲状腺原氨酸（FT3）升高为主、游离甲状腺素（FT4）正常或轻度升高，促甲状腺激素（TSH）降低，甲状腺自身抗体（如甲状腺过氧化物酶抗体、甲状腺球蛋白抗体）可能阳性，结合甲状腺超声或核素扫描等影像学表现综合判断。
血清甲状腺激素水平异常。T3型甲亢的核心特征是FT3升高（通常超过正常上限的2倍），FT4多保持正常或轻度升高（不超过正常上限的1.5倍）。与T4型甲亢（以FT4升高为主，FT3正常或轻度升高）相区分，T3型甲亢患者的FT3升高幅度显著高于FT4。
促甲状腺激素（TSH）水平降低。因甲状腺激素对垂体-甲状腺轴具有负反馈调节作用，当FT3升高时，垂体分泌TSH会受到抑制，导致血清TSH水平降低（通常＜0.1mIU/L）。TSH降低是诊断甲亢的关键指标，T3型甲亢中TSH降低与FT3升高呈正相关。
甲状腺自身抗体检测。自身免疫性甲状腺疾病（如Graves病）是T3型甲亢的主要病因，甲状腺过氧化物酶抗体（TPOAb）、甲状腺球蛋白抗体（TgAb）阳性常见。部分亚急性甲状腺炎患者因甲状腺滤泡破坏导致短暂性T3型甲亢，此时抗体可能阴性或弱阳性，需结合临床病程动态观察抗体变化。
影像学检查结果。甲状腺超声显示弥漫性肿大、回声减低且不均匀，彩色多普勒超声提示血流信号丰富（“火海征”），是Graves病等自身免疫性甲亢的典型表现。核素扫描显示甲状腺弥漫性摄取放射性核素增加、分布均匀，高峰前移，有助于排除甲状腺结节等局灶性病变。儿童青少年患者需结合生长发育情况，排除生理性甲状腺激素波动；老年患者淡漠型甲亢需动态观察FT3与TSH的相关性，避免与冠心病等老年疾病混淆。
