线粒体肌病和脑肌病诊断尚无统一标准。病理检查、生化检测及基因检查与临床相结合是诊断线粒体肌病的主要根据，免疫组化检查在本病的诊断中具有重要价值。结合以下几条可诊断：①临床表现，如神经系统表现，眼症状以及代谢紊乱等；②组织化学检查及尿有机酶分析可发现相应酶缺陷，以及乳酸中毒等；③肌活检加上超微结构检查可发现线粒体形态异常及用高莫利（Gomor）三染色法染色可见到碎红肌纤维，特别是RRF>4%～0%对诊断十分有意义；④多聚酶链反应（PCR）扩增以及染色体分析，找到变异的核DNA或线粒体DNA可确诊。

线粒体肌病和脑肌病的诊断中肌电图为常用首选检查之一,临床有肌无力、肌萎缩等肌病表现时肌电图检查尤其重要。多数为肌源性改变,少数病例也可见神经源改变或两者兼有,偶见线粒体脑病患者肌电图正常。一些以脑病为主要表现的患者,肌电图亦可见到神经源或肌源性改变。此为肌电图在线粒体疾病的特征性所见。各种诱发电位检查,对各种脑病综合征的病变部位也具有辅助诊断作用。脑电图在伴有抽搐、癫痫样发作的线粒体脑病具有重要意义,其中以皮层损害为主的MELAS、MERRF、Alpers病不仅具有弥散全脑性脑电失律,亦可有局灶性改变,特别可见癫痫脑电图特有的棘慢波综合、尖波慢波综合。而Leigh病、KSS和Menke病的脑电图改变则相对较轻,局灶或特征性改变较少。有些患者发病之初,虽有发作性头痛,尚未出现脑损害,脑电图不仅可见弥散性全脑失律,亦可见明显局灶性病变,而线粒体肌病CPEO的脑电图却较少有阳性所见。心电图检查对KSS具有重要诊断意义。对母系遗传线粒体肌病合并心脏病变也具有重要辅助诊断意义。

对于存在有线粒体肌病以及脑肌病的问题，要进行诊断或者鉴别诊断，需要考虑通过血液方面的检查以及局部脑部影像学检查，和脑组织方面的情况进行分析。可以通过药物的方法进行控制治疗处理，目前要彻底治愈过来比较困难，后期容易产生有局部组织的异常病变，导致功能问题。