Eine sorgfältige, ärztliche Untersuchung ist die Grundvoraussetzung für eine wirksame Behandlung von Thrombosen. Am Anfang begutachtet der Internist das betroffene Körperteil und tastet es ab. Ödeme, Schmerzen, Spannungsgefühle und sich deutlich abzeichnende Venen können bei ambulanten Patienten mit einer Sicherheit von 50% als Indiz dienen. Sie gelten jedoch als ungenau, da sie auch andere Ursachen haben können.

Deshalb schließen sich bei Verdacht auf eine Beinvenenthrombose bildgebende Verfahren zur Absicherung der Diagnose an. Dabei kommt heutzutage die Ultraschalluntersuchung (z. B. Doppler-Sonografie) am häufigsten zum Einsatz. Sie ist im Gegensatz zur Röntgenuntersuchung mit Kontrastmitteln (Phlebografie) für den Patienten deutlich weniger belastend. Mit Hilfe einer Ultraschalluntersuchung können die Blutgerinnsel direkt dargestellt werden. Ein sicherer Test ist die Kompressionssonografie: Hierzu wird mit der Ulktraschallsonde die thromboseverdächtige Vene zusammengedrückt. Kann die Vene komplett zusammengedrückt werden, liegt kein Blutgerinnsel vor. Ist dies nicht oder nur teilweise möglich, deutet dies auf eine Thrombose hin. Ein zusätzliches Indiz auf eine komplett verschließende Venenthrombose ist, wenn der Arzt bei der Ultraschalluntersuchung keinen Blutfluss in der Vene feststellen kann.

Zur weiteren Absicherung der Diagnose einer Venenthrombose finden in den meisten Fällen weitere Untersuchungen statt. Dazu gehört insbesondere bei Vorliegen einer tiefen Venenthrombose die Bestimmung der so genannten D-Dimere (Spaltprodukt des Fibrins) im Blutplasma. Mit diesem Testverfahren lassen sich sowohl frisch gebildete als auch im Abbau befindliche Blutgerinnsel sehr empfindlich nachweisen. Ist der Test negativ, so schließt dies das Vorliegen einer Venenthrombose mit hoher Sicherheit aus. Erhöhte D-Dimer-Werte müssen jedoch nicht immer Zeichen einer Venenthrombose sein. Sie können auch aus anderen Gründen erhöht sein, z. B. nach einer Operation, in Folge einer Infektion, einer Verletzung oder bestimmter Tumore.