La diagnosi delle infezioni da clamidie non può prescindere dall'apporto del laboratorio, poiché l'anamnesi e l'esame obiettivo non sono sufficienti per la diagnosi eziologica. L'indagine microbiologica si avvale principalmente della ricerca delle clamidie nel materiale patologico (diagnosi diretta). A questo riguardo, di fondamentale importanza è la corretta raccolta dei campioni da sottoporre a indagine al fine di acquisire risultati affidabili. Occorre evidenziare che l'indagine sulla donna deve essere condotta "sia mediante tampone cervicale sia mediante tampone uretrale", esame quest'ultimo che non sempre viene prescritto, col rischio di false negatività. La Clamidia, infatti, può annidarsi anche solo all'interno dell'uretra femminile. Gli esami di laboratorio possono richiedere tempi lunghi per una risposta (3-7 giorni), e si può ricorrere all'immunofluorescenza diretta, con la quale si ricercano antigeni proteici di membrana dei corpi elementari direttamente nel campione, tramite anticorpi monoclonali marcati con fluoresceina. Il campione viene esaminato al microscopio a fluorescenza e il risultato si ottiene in meno di un'ora. Altre tecniche diagnostiche dirette: colturali, immuno-enzimatiche (ELISA), biologia molecolare.