O diagnóstico baseia-se principalmente na análise do sémen. Se o sémen for anormal, serão necessários outros testes para determinar o que está a causar a azoospermia. Por exemplo, os testes endócrinos podem ser feitos para descobrir os níveis de várias hormonas necessárias no processo de produção de esperma; os exames de ultra-sons podem clarificar a presença de inchaços que comprimem o vaso deferente e identificar anomalias no vaso deferente e estruturas fisiológicas; se se suspeitar que a azoospermia é causada por anomalias genéticas, os testes genéticos podem ser usados para clarificar o diagnóstico; a biopsia testicular pode detectar com precisão a produção de esperma nos testes, mas é um teste invasivo e é escolhido com cautela.