O diagnóstico da talassemia baseia-se principalmente na hemoglobina e no hematócrito do sangue, ao passo que nos recém-nascidos, devido à finura dos vasos sanguíneos, o sangue plantar é geralmente colhido para exame, pelo que a deteção da talassemia pelo sangue plantar é geralmente mais exacta.
Os critérios de diagnóstico da talassemia são principalmente microcíticos e hipocrómicos em análises de sangue de rotina com análise da hemoglobina e a presença de fragilidade osmótica reduzida dos glóbulos vermelhos. Uma vez que a talassemia é uma doença hereditária, podem ser efectuados testes genéticos por perfil de endonuclease de restrição, reação em cadeia da polimerase, etc., se necessário.
De um modo geral, as análises ao sangue do calcanhar do recém-nascido para deteção da talassemia são exactas e, em caso de suspeita de talassemia, deve ser procurada assistência médica imediata para um exame mais aprofundado, diagnóstico e tratamento.