I test Western, ELISA e PCR possono essere effettuati sia sul sangue sul sangue venoso oppure sul fluido cerebrospinale (CSF) tramite la puntura lombare. Anche se la puntura lombare può aiutare a fare una diagnosi più definita, la cattura di antigeni nel liquor cerebrospinale e più elusiva, dal momento che lo CSF mostra risultati positivi soltanto nel 10-30% dei pazienti sottoposti a coltura. La diagnosi di infezione neurologica da Borrelia non dovrebbe essere esclusa solamente sulla base di esami CSF di routine o in base alla negatività degli anticorpi nel liquor. Un responso negativo ottenuto con questi metodi non può escludere del tutto la malattia di Lyme. Comunque, un risultato positivo può confermare la diagnosi iniziale di neuroborreliosi oppure il fallimento di un trattamento nell'eradicare la malattia, indipendentemente dai risultati dei test anticorpali.