本病為少數可治性遺傳代謝病之一，應力求早期診斷與治療，以避免神經系統的不可逆損傷。由于患兒在早期不出現癥狀，因此，必須借助實驗室檢測。
(一) 新生兒期篩查 新生兒喂給奶類3日，用厚濾紙采集其外周血液，晾干后即可寄送至篩查實驗室。其苯丙氨酸濃度可以采用guthrie細菌生長抑制試驗半定量測定;亦可在苯丙氨酸脫氫酶作用下進行比色定量測定，后者的假陰性率較低。當苯丙氨酸含量>0.24mmol/l(4mg/dl)，亦即兩倍于正常參考值時，便應復查或采靜脈血定量測定苯丙氨酸和酪氨酸。通常，患兒血漿苯丙氨酸可高達 1.2mmol/l(20mg/dl)以上。
(二)尿三氯化鐵試驗和2，4一二硝基苯肼試驗 兩者都是檢測尿中苯丙酮酸的化學呈色法。由于其特異性欠佳，有假陽性和假陰性的可能，一般用作對較大兒童的初篩。
(三)血漿游離氨基酸分析和尿液有機酸分析 血漿和尿液的氨基酸、有機酸分析不僅為本病提供生化診斷依據，同時也可鑒別其他可能的氨基酸、有機酸代謝缺陷。
(四) 尿蝶呤分析 應用高壓液相層析(hplc)測定尿液中新蝶呤和生物蝶呤的含量，可以鑒別各型pku：pah缺乏的患兒尿中蝶呤總排出量增高，新蝶呤與生物蝶呤比值正常;dhpr缺乏患兒呈現蝶呤總排出量增加，四氫生物蝶呤減少;6-pts缺乏患兒則呈現新蝶呤與生物蝶呤比值增高，新蝶呤排出量增加;gtpch缺乏患兒呈現蝶呤總排出量減少。
(五)酶學診斷pah僅存在于肝細胞中，因而它的活性檢測比較困難。其他3種酶的活性都可采用外周血中紅、白細胞或皮膚成纖維細胞測定。
(六)dna分析 目前對pah和dhpr缺陷可用dna分析方法進行基因診斷。但由于基因的多態性眾多，分析結果務須謹慎。