Chẩn đoán thành công XDR-TB phụ thuộc vào khả năng tiếp cận của bệnh nhân với các dịch vụ chăm sóc sức khỏe có chất lượng. Nếu tìm thấy vi khuẩn lao trong đờm, việc chẩn đoán mắc bệnh lao có thể được thực hiện trong 1 đến 2 ngày, nhưng chẩn đoán không thể phân biệt giữa lao nhạy cảm với thuốc và lao kháng thuốc. Để đánh giá tính nhạy cảm với thuốc, vi khuẩn cần được nuôi cấy và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm phù hợp. Chẩn đoán xác định mắc XDR-TB có thể mất từ 6 đến 16 tuần.[8]

Phương pháp ban đầu được sử dụng để xét nghiệm chẩn đoán MDR-TB và XDR-TB là thử nghiệm nhạy cảm với thuốc (DST). DST có khả năng xác định bốn loại thuốc chống lao chính là Isoniazid (H), Rifampin (R), Ethambutol (E) và Pyrazinamide (Z).[9] Thử nghiệm Nhạy cảm với Thuốc được thực hiện bằng cách phết vi khuẩn lên đĩa chứa môi trường Lowenstein-Jensen để nuôi cấy.[10]

Chẩn đoán MDR và XDR-TB ở trẻ em vẫn còn là thách thức. Với số lượng các trường hợp được báo cáo mắc chủng siêu kháng thuốc ngày càng tăng trên toàn thế giới, cần có các công cụ chẩn đoán lao tốt hơn dành cho bệnh nhân nhi.[11]