无精子症的诊断有赖于精液检查，连续2~3次以上均未查到精子，可诊断为无精子症。这项检查通常在正规医院男科、生殖医学科等科室完成。
精液检查是关于精液的基本检查，主要包括精子的数目、活力、形态，以及精液的量、颜色、黏稠度等内容。一般来说，为了诊断无精子症，受检查者需要反复接受精液检查2~3次以上，如果不同时期的精液标本均未发现精子，尤其是精液离心沉淀检查，医生才会作出无精子症的诊断。
为获得更准确的结果，受检查者需注意以下事项。第一，要保持良好的身体健康状态，这主要在于充分休息，避免劳累、酗酒。第二，保持3~7天不排精，以免影响精液检查的结果。第三，选择一个合适的环境取精，并消除紧张的情绪。取精环境过冷、过热或因隐私性不好被打扰，都会影响检查结果。第四，最重要的是要放平心态，可提前适应在封闭的空间内通过自慰取精，以提高精液检查的准确度。
此外，诊断无精子症后，医生还会通过体格检查、性激素检查、遗传学检查、超声检查等检查明确病因，并进行针对性治疗。