Nella diagnosi differenziale, l'uso di varie tecniche di imaging (tomografia computerizzata e/o RMN) permettono di escludere una formazione neoplastica come ad es. un linfoma situato dietro l'occhio oppure un quadro di miosite oculare. È difficile distinguere l'oftalmopatia di Graves da un'infiammazione orbitale idiopatica o da un quadro di orbitopatia immunogena isolata. Entrambe sono in definitiva diagnosi di esclusione in assenza di prove di coinvolgimento endocrino.