Chẩn đoán hội chứng này có thể khó khăn bởi vì nó không gây nên một bệnh duy nhất. Thêm nữa, tùy thuộc vào liều thì giai đoạn tiền triệu có thể không xảy ra trong vài giờ hoặc vài ngày sau khi bị chiếu xạ, hoặc bệnh nhân có thể đã ở trong giai đoạn tiềm tàng ngay khi họ được điều trị. Trong những trường hợp đó bệnh nhân có thể vẫn cảm thấy khỏe khi đánh giá lần đầu tiên.

Nếu bệnh nhân bị chiếu hơn 0.05 Gy (5 rads) và 3 hoặc 4 xét nghiệm máu được làm trong khoảng 8 đến 12h phơi nhiễm, thì chúng ta có thể ước lượng liều. Nếu xét nghiệm huyết học không được làm, liều có thể vẫn ướng lượng được với xét nghiệm máu trong vài ngày đầu. Tuy nhiên, biến đổi nhiễm sắc thể trong quá trình phân chia tế bào mới là “tiêu chuẩn vàng” để đánh giá liều sau khi bị nhiễm xạ cấp và dùng để chỉnh lại liều ban đầu ước lượng. Nếu có điều kiện thì thiết bị đo nồng độ phóng xạ là cách tốt nhất để đánh giá liều phóng xạ.

Nếu bệnh nhân bị hoặc nghi ngờ bị phơi nhiễm một liều lớn phóng xạ thì dùng xét nghiệm công thức bạch cầu để dánh giá, chú ý chỉ số bạch cầu lympho, cần làm 2 đến 3h một lần trong 8h đầu tiên sau khi bị nhiễm xạ (và 4 đến 6h một lần sau 2 ngày bị nhiễm). Quan sát bệnh nhân trong thời gian này để tìm các triệu chứng và tham khảo ý kiến của chuyên gia về phóng xạ trước khi quyết định chẩn đoán Hội Chứng Nhiễm Phóng Xạ Cấp.

Nếu không bị phơi nhiễm phóng xạ thì bạn có thể coi Hội Chứng Nhiễm Phóng Xạ Cấp là chẩn đoán phân biệt khi tiền sử của nôn và buồn nôn không thể giải thích bằng các nguyên nhân khác. Những biểu hiện khác gồm chảy máu, rụng lông tóc hoặc xét nghiệm bạch cầu và tiểu cầu thấp bất thường trong vài ngày hoặc vài tuần sau khi xuất hiện triệu chứng nôn và buồn nôn không rõ nguyên nhân. Đánh giá lại công thức bạch cầu, phân tích nhiễm sắc thể và hỏi ý kiến với chuyên gia phóng xạ để khẳng định chẩn đoán.