In presenza di una diagnosi accertata di mieloma, l'interessamento renale può essere sospettato in base al quadro clinico, ma solo la biopsia renale è in grado di dare la certezza diagnostica. Essa, all'esame microscopico, potrà mostrare infiltrato di plasmacellule neoplastiche nell'intestizio renale o segni dovuti alla precipitazione delle catene leggere, quali la dilatazione dei tubuli associata ad atrofia delle cellule che li compongono e la presenza al loro interno di cilindri densi, con aspetto lamellare, intensamente eosinofili e PAS-positivi. L'esame dell'immunofluorescenza è particolarmente significativo, potendo dimostrare la presenza nei cilindri di immunoglobuline o di catene leggere monoclonali.