腰椎小关节紊乱的诊断需从病史与症状询问、体格检查、影像学检查三方面进行。病史与症状询问包括了解相关病史及患者突发剧烈腰痛、活动受限等症状；体格检查有腰椎小关节相应部位明显压痛、关节活动受限及特殊试验阳性等表现；影像学检查中X线可观察腰椎整体序列及排除其他骨骼病变，CT能显示小关节结构及明确形态学改变，MRI可观察周围软组织情况及鉴别诊断。
症状：患者常表现为突发的腰部剧烈疼痛，疼痛可牵涉到臀部及下肢，疼痛程度较为剧烈，活动受限明显，尤其是腰部的屈伸、旋转等活动受限，患者常呈强迫体位，不敢正常活动腰部。
体格检查
压痛部位：在腰椎小关节相应的部位有明显压痛，多在腰椎两侧椎旁小关节处，且压痛部位相对固定，这是因为腰椎小关节紊乱时病变关节周围组织受到刺激或损伤导致压痛。
关节活动受限：对腰部的前屈、后伸、侧屈及旋转等活动进行检查，可见明显受限，例如前屈时患者因腰部疼痛而不能正常前屈到正常范围。
特殊试验：如“俯卧推肘试验”等，阳性时提示腰椎小关节紊乱。俯卧推肘试验具体操作是患者俯卧，检查者将患者一侧上肢屈曲，用手推其肘部使其尽量向后，若引起腰部疼痛则为阳性。
影像学检查
X线检查：可观察腰椎的整体序列，如腰椎的生理曲度是否存在变直或反弓等情况，还可发现是否有腰椎的骨质增生、椎间隙狭窄等退变表现，但对于腰椎小关节紊乱本身，X线可能无特异性直接征象，但能排除其他骨骼病变，如腰椎骨折、腰椎肿瘤等。不同年龄人群的X线表现可能不同，年轻人X线可能相对正常，中老年人群可能有退变表现。
CT检查：能更清晰地显示腰椎小关节的结构，可发现小关节是否有增生、关节间隙是否狭窄、关节面是否毛糙等情况，有助于明确腰椎小关节的形态学改变，对于诊断腰椎小关节紊乱有一定辅助作用，尤其能排除小关节的器质性病变，如小关节的游离体等。
MRI检查：可以观察腰椎小关节周围的软组织情况，如是否有水肿、炎症等，能更敏感地发现腰椎小关节紊乱时周围软组织的改变，对于判断病情的严重程度及鉴别诊断有重要意义，比如能区分是单纯的小关节紊乱还是合并有椎间盘突出等其他病变，不同年龄、性别患者的MRI表现需结合具体病情分析，一般来说，MRI对软组织的显示更具优势。
