뇌전증의 진단에는 병력청취와 더불어 신체 및 신경학적검사, 뇌파검사 (electroencephalography, EEG), 신경영상검사(neuroimaging examinations)와 실험실검사(laboratory examinations)가 이용된다.
뇌전증의 진단에 있어 가장 중요한 단계이다. 대부분 증상이 갑자기 나타나며 5분 이내(대게 1-2분)이고 주변상황과 관련이 없이 나타날 때 마다 양상이 비슷하다. 전조증상의 유무 및 형태, 발작 양상, 발작 후 임상증상, 두통, 수면 등에 대한 정보가 중요하다. 이외에도 뇌전증을 일으킬 수 있는 유발요인, 다른 질환의 과거력, 약물복용력, 유사한 증상을 가진 가족력, 열성경련이나 두부 외상의 병력이 있는지 확인하는 것이 중요하다.
신경학적 진찰은 발작의 원인을 찾고 발작의 유형을 진단하는데 중요하다. 세밀한 신체검사와 신경학적진찰을 통해 뇌전증의 병인을 추정할 수 있고 과거와 현재의 질환을 밝히는데 중요하며 발작과 유사한 증상을 보일 수 있는 다른 질환들에 대한 감별진단도 할 수 있다.
컴퓨터단층촬영(CT)와 자기공명영상(MRI)이 기본적 검사로 이용되며 특히 MRI를 통해 원인이 되는 뇌병변을 확인하게 되는 경우가 많다.
이외에 단일광자방출컴퓨터단층촬영 (SPECT), 양전자방출단층촬영(PET), 자기공명분광법(MRS) 및 자기뇌파검사(MEG)같은 기능적 검사가 있다.
혈액, 소변 및 뇌척수액을 이용하여 전해질 불균형, 호르몬 이상, 저혈당, 알코올 중독, 약물중독이나 감염, 간 기능 이상 등의 조사를 통해 원인질환의 확인이나 약물 선택에 대한 정보로 활용된다.