La diagnosi può essere posta attraverso la valutazione radiografica addominale dopo pasto baritato che mette in evidenza la dilatazione abnorme della porzione duodenale a monte del restringimento. La TC eseguita dopo l'assunzione di mezzo di contrasto per via orale ed IV può risultare utile per valutare l'entità del restringimento. L'ecografia è in grado di dimostrare un aumento della velocità del flusso arterioso attraverso la SMA. L'angiografia è invece solitamente normale. Tuttavia i reperti strumentali non sempre forniscono un adeguato profilo diagnostico, a causa della possibilità di reperire alterazioni prive di significato clinico. Nelle lesioni spinali, le alterazioni della somestesia addominale possono suggerire la presenza di sindrome della SMA.