На ранних стадиях заболевания диагностировать хроническую лучевую болезнь достаточно сложно. Это связано с тем, что ни один из выявляемых в этом периоде симптомов не обладает специфичностью. Лишь на основании совокупности клинических и лабораторных данных и наличия длительного контакта с радиоактивными веществами в дозах, превышающих предельно допустимые, можно поставить правильный диагноз. При этом должна быть определенная связь между развитием клинических симптомов и воздействием ионизирующей радиации. При изучении гематологических показателей следует учитывать не только последовательность угнетения трех ростков костного мозга (лейкопения — тромбоцитопения — эритроцитопения), но и специфические качественные изменения клеток крови.
При постановке диагноза большое значение имеют данные дозометрии, а также количественное определение радиоактивных веществ в выделениях организма: моче, кале, слюне, мокроте, желудочном соке.