Esistono principalmente due categorie diagnostiche che entrano in diagnosi differenziale con la RLS: i disturbi del sonno in grado di provocare insonnia (PLMS) e le patologie che includono disturbi della sensibilità superficiale come parestesie o disestesie degli arti inferiori. Come già accennato in precedenza l'esame obiettivo neurologico in caso di RLS idiopatica non evidenzia lesioni, mentre in caso di neuropatie periferiche c'è una riduzione dei riflessi tendinei. La sintomatologia delle neuropatie periferiche si differenzia da quella della RLS perché i disturbi non seguono un ritmo circadiano, non migliorano con il movimento, la sintomatologia non risponde ai farmaci dopamino -agonisti e non vi è la presenza di PLMS.Nel caso di patologie vascolari periferiche la sintomatologia dolorosa peggiora con il movimento, al contrario della RLS, e sono presenti delle discromie agli arti inferiori.La diagnosi differenziale può risultare più difficile in caso di crampi notturni alle gambe poiché i sintomi compaiono con l'arresto dell'attività, migliorano con il movimento e seguono un ritmo circadiano. Per distinguere questa patologia dalla RLS è utile focalizzarsi sull'anamnesi, sulla familiarità e sulle sede dei disturbi, in quanto in caso di crampi notturni alle gambe viene prevalentemente colpito un solo arto.In pazienti in trattamento cronico con farmaci neurolettici può risultare difficile distinguere la RLS dalla sindrome acatisiaca. Entrambe le patologie possono essere indotte dall'uso prolungato di farmaci con azione anti -dopaminergica. Nella sindrome acatisiaca i disturbi non seguono un andamento circadiano, l'irrequietezza motoria non è localizzata in una determinata parte del corpo, i movimenti sono spesso stereotipati e, altra caratteristica peculiare, è la discinesia oro -buccale.Esiste un'altra rara patologia, la "sindrome delle gambe dolenti e dei movimenti degli alluci" (Painful Legs and Moving Toes = PLMT) che ha una sintomatologia simile alla RLS. La PLMT è caratterizzata da un dolore profondo agli arti inferiori associato a movimenti spontanei degli alluci. I movimenti sono lenti e in genere possono essere volontariamente soppressi dal paziente per pochi secondi. Nella maggior parte dei casi la PLMT è secondaria a neuropatie periferiche, radiculopatie, traumi o stati infettivi.Al fine di garantire ai pazienti un trattamento efficace, un miglioramento dei sintomi e della qualità di vita è necessario diagnosticare correttamente la RLS avvalendosi dei quattro criteri sviluppati dall'IRLSSG; nel caso di RLS secondaria è di fondamentale importanza individuare e correggere le cause che determinano la patologia.