Non esiste un test di laboratorio per la sindrome da serotonina. Pertanto la diagnosi è basata sulla raccolta dei sintomi, sull'osservazione dei segni e sulla storia del paziente. Sono stati proposti diversi criteri diagnostici. I primi criteri rigorosi furono introdotti nel 1991 da Harvey Sternbach, professore di psichiatria alla UCLA. Successivamente alcuni ricercatori australiani svilupparono regole decisionali sui criteri di tossicità di Hunter, che hanno dimostrato una migliore sensibilità e specificità, rispettivamente dell'84% e 97%, se confrontati con il gold standard della diagnosi eseguita da parte di un medico tossicologo. A partire dal 2007, i criteri di Sternbach risultano quelli più utilizzati e diffusi.