La mielite ha una diagnosi differenziale estesa. Il tipo di insorgenza (acuta rispetto a subacuta / cronica) insieme a sintomi associati come la presenza di dolore, sintomi costituzionali che comprendono febbre, malessere, perdita di peso o un'eruzione cutanea possono aiutare a identificare la causa della mielite. Per stabilire una diagnosi di mielite, è necessario localizzare il livello del midollo spinale ed escludere le malattie cerebrali e neuromuscolari. Sono inoltre necessari un'anamnesi dettagliata, un attento esame neurologico e studi di imaging mediante risonanza magnetica (MRI). Per quanto riguarda la causa del processo, ulteriori accertamenti aiuterebbero a identificare la causa e indirizzare il trattamento. La risonanza magnetica della colonna vertebrale è valida, in particolare con mielite acuta, per valutare le lesioni strutturali che possono richiedere un intervento chirurgico o una malattia diffusa. L'aggiunta di gadolinio come mezzo di contrasto aumenta ulteriormente la sensibilità diagnostica. Potrebbe essere necessaria una risonanza magnetica cerebrale per identificare l'estensione del coinvolgimento del sistema nervoso centrale (SNC). La puntura lombare è importante per la diagnosi di mielite acuta quando si sospetta un processo tumorale, una causa infiammatoria o infettiva o se la risonanza magnetica risulta normale o non specifica. Anche gli esami del sangue complementari sono utili per stabilire una diagnosi solida. Raramente, può diventare necessaria una biopsia di una lesione quando la causa è incerta. Tuttavia, nel 15-30% delle persone con mielite subacuta o cronica, non viene mai scoperta una causa chiara.