La diagnosi di panbronchiolite diffusa richiede l'analisi dei polmoni e dei tessuti bronchiali, che può richiedere una biopsia polmonare] o più preferibilmente una scansione tramite tomografia computerizzata ad alta risoluzione (HRCT). I criteri diagnostici comprendono la presenza di una grave infiammazione in tutti gli strati dei bronchioli respiratori e lesioni del tessuto polmonare che appaiono come noduli all'interno dei bronchioli terminali e respiratori in entrambi i polmoni. I noduli in appaiono in grumi opachi, se osservati attraverso una radiografia al torace e possono causare ostruzione delle vie aeree, che deve essere valutata da un test di funzionalità polmonare. La radiografia del torace può anche rivelare la dilatazione delle vie bronchiali, un altro segno di panbronchiolite diffusa. Le scansioni HRCT mostrano spesso il blocco di alcuni passaggi bronchiali con muco, ciò viene indicato come segno dell'albero in fiore. L'ipossiemia, un altro segno di difficoltà nella respirazione, si rivela misurando l'ossigeno e l'anidride carbonica contenuto nel sangue, grazie ad un esame del sangue chiamato emogasanalisi. Altri risultati osservati comprendono la proliferazione dei linfociti (i globuli bianchi che combattono le infezioni), neutrofili e istiociti schiumosi (macrofagi tissutali) nel lume del polmone. Batteri, come "Haemophilus influenzae" e "Pseudomonas aeruginosa", sono anche rilevabili, con quest'ultimo sempre più presente contestualmente con la progressione della malattia. Il contenuto del sangue può essere valutato tramite emocromo completo. Elevati livelli di IgG e IgA (classi di immunoglobuline) possono essere rilevati, nonché la presenza del fattore reumatoide (un indicatore di autoimmunità). L'agglutinazione del sangue, una aggregazione di globuli rossi in risposta alla presenza di anticorpi, può verificarsi. Neutrofili, beta-defensine, leucotrieni e chemochine possono anch'esse essere rilevate nel liquido del lavaggio broncoalveolare, iniettato e poi rimosso dalle vie aeree bronchiali degli individui con la condizione, per la valutazione.