Диагноз ставится в основном на основании анализа спермы. Если сперма ненормальная, потребуются другие анализы, чтобы определить причину азооспермии. Например, можно провести эндокринные исследования, чтобы определить уровень различных гормонов, необходимых для производства спермы; ультразвуковое исследование позволяет уточнить наличие опухолей, сдавливающих семявыносящие протоки, и выявить аномалии семявыносящих протоков и физиологических структур; если есть подозрение, что азооспермия вызвана генетическими отклонениями, для уточнения диагноза можно использовать генетическое тестирование; биопсия яичек позволяет точно определить производство спермы в яичках, но это инвазивный тест, и его выбирают с осторожностью.