(1)基礎代謝率測定：基礎代謝率是指人體在禁食14～16h后，絕對靜臥和環境溫度在16～20℃的條件下，每小時每平方米體表面積所產生的熱量。正常范圍為-10%～ 15%。甲亢患者約95%高于正常，其增高程度與病情輕重一致。臨床上以 15%～ 30%為輕型， 30%～ 60%為中型，＞ 60%為重型。但基礎代謝率測定影響因素較多，用于診斷和評價療效時需排除其他影響因素，如妊娠、發熱、心肺功能不全、貧血及惡性腫瘤等。臨床常用下列公式估算：方法禁食12h，睡眠8h后清晨靜臥時測脈率和血壓，再用公式計算。
基礎代謝率(%)=(脈率 脈壓差)-111
基礎代謝率(%)=0.75×[脈率 (0.74×脈壓差)]-72
(2)血清總甲狀腺素(TT4)測定：是反映甲狀腺功能最常用的篩選試驗，可通過競爭性蛋白結合分析法和放射免疫法(RIA)測定，前者方法簡單，無需制備抗體，正常值為4～12μg/dl，但其特異性不及RIA，RIA測定正常值為7.6±1.3μg/dl。TT4的測定不受食物及藥物中含碘的影響，但受血清甲狀腺素結合蛋白(TBG)的影響，隨TBG的增高或降低而增高或降低。TBG受雌激素、妊娠、病毒性肝炎等因素影響而升高，受雄激素、嚴重肝病、低蛋白血癥和潑尼松的影響而下降，此外，TT4在許多急慢性疾病時由于T4在外周組織轉化為T3減少，也可形成高TT4血癥，但此時甲狀腺功能正常，如全身感染性疾病、心肌梗死、嚴重肝腎功能不全及惡性腫瘤等。在分析TT4時需注意,TT4升高不能作為甲亢的肯定診斷依據。
(3)血清總三碘甲狀腺原氨酸(TT3)：用RIA測定。也受TBG的影響。正常值為100～150μg/dl。甲亢發生早期往往T4增高較早而快，對治療后的療效觀察和復發，較T4更為敏感，且對T4型甲亢的診斷有意義，因此T3測定可能成為甲亢的首選篩選方法。在甲狀腺功能正常的老年人，T3值一般正常或降低，故T3增高很可能是甲亢。
(4)反T3測定：T4在外周除轉變為活性甚強的T3外，還和經內環5-脫罷鴆吞碘作用。形成3，3’，5’-三碘甲狀腺原氨酸(rT3)，血清rT3的95%～98%來自T4，2%～5%由甲狀腺分泌。正常值為0.56～0.92nmol/L(放射免疫法)，甲亢時血清rT3明顯增高，其水平與T3、T4相平行。但在嚴重應激和慢性病狀態，rT3也常增高，故rT3增高不能作為甲亢的診斷標準。
(5)血清游離T4(FT4)和游離T3(FT3)測定：血中甲狀腺素絕大部分與以TBG為主的血清蛋白結合而呈非游離狀態，游離甲狀腺素含量甚少，FT4僅占總T4的0.03%，FT3僅占總T3的0.3%。游離甲狀腺素的測定不受TBG的影響，并代表組織中激素水平，是直接反映甲狀腺功能狀態最敏感最有價值的指標。可采用RIA測定。FT4正常值一般為10～25pmol/L，甲亢病人顯著增高；FT3正常為2.2～6.8plmol/L，不論對輕型、典型或不典型病例，診斷符合率均高于TT3和TT4，對甲亢診斷的符合率高達100%。
(6)促甲狀腺素(TSH)測定：血清TSH正常范圍是0.3～5.0mU/L，甲亢時，反饋抑制TSH釋放，一般的RIA(正常值0～10μU/ml)常不能將甲亢患者和正常人TSH區分出來。最近采用單克隆抗體免疫放射法(TSH-IMA)測定TSH發現，甲亢，甚至亞臨床甲亢時，TSH就降低，是診斷甲亢最敏感的指標，并有取代促甲狀腺激素釋放激素(TRH)興奮試驗的作用。TSH增高一般可除外甲亢的診斷。如甲亢伴TSH增高，僅罕見于垂體TSH瘤或垂體選擇性地對T3或T4不敏感。
(7)TRH興奮試驗：靜脈注射人工合成的TRH 200～500μg，正常情況下TSH迅速升高5～25μU/ml，30min達高峰，120min恢復正常。甲亢時升高的FT3和FT4對垂體TSH細胞有抑制作用，故TSH不受TRH的興奮，TRH刺激后TSH不增高者還見于亞臨床甲亢、甲狀腺功能正常性突眼癥和垂體病伴TSH分泌不足，診斷時需注意。該試驗在體外測定TSH，無需將核素引入體內，副作用小，操作簡單，費時僅1～2h，對老年冠心病者更為安全，基本取代T3抑制試驗，但近年來隨著TSH-IMA方法的應用，TRH興奮試驗也有被替代的趨勢。
(8)抗甲狀腺自身抗體：在Graves病患者可測得多種針對甲狀腺的自身抗體，如TSH受體抗體(TRAb)。