病史和症状能给不明原因发热提供重要线索，旅游，接触过某种物品或动物等信息也很重要。例如美国某些地区是球孢子菌病和组织浆胞菌病地方性流行区域，伤寒可能有饮用不洁水的病史，布氏菌病有在肉类加工厂工作史等。在不明原因发热，热型一般无诊断价值，但也有例外。隔天发热或每3天一次发热提示疟疾，但确诊还需从血涂片中找到疟原虫。
在周期性中性粒细胞缺乏症，每21天外周中性白细胞数下降到很低水平，常引起感染和发热。对周期性发热病人，应怀疑霍奇金病。
全面重复的体检，特别是皮肤，眼，甲床，淋巴结，心，腹等很重要。
实验室检查包括血及其他可采集到的体液的细菌，真菌，病毒和分枝杆菌的分离培养，全部血球计数和抗体滴定（如伤寒，布氏菌病和某些病毒病）。对某些疾病（如感染性心内膜炎）的诊断，可能需要多次采血，如一天2~3次，进行分离培养；对原虫病（如疟疾）的确诊需进行血液的直接检查，抗体滴度的升高可诊断很多传染病，但血清标本采集的间隔应有规律。近年建立的新的，更特异的免疫学和分子生物学技术（如PCR）可能也有助于诊断。此外，厌氧菌感染已日益受到关注，由于其要求厌氧或低氧的培养环境方可发现，特别是专性厌氧菌（如破伤风杆菌）和微需氧菌（如幽门螺杆菌）引起的感染，已越来越被提高重视程度。
非损伤性措施（特别是超声图，CT和MRI）减少了损伤性处理的必要。超声图可显示心脏的赘生物及胰，肝，肾，膀胱的异常；CT可显示腹腔肿瘤，腹膜后，胸骨后和肠系膜淋巴结异常，也可检查出脾，肾，肾上腺，胰，心，中膈和盆腔的缺陷；放射性核素扫描，特别是用111铟标记粒细胞，可以帮助定位感染和观察感染过程。在检测大多不明原因发热，包括神经系统，MRI更优于CT。
损伤性诊断措施也是需要的，如肝，骨髓或其他相关部位：皮肤，胸膜，淋巴结，肠，肌肉活检。活检标本应进行组织病理学检查和细菌，真菌，病毒和分枝杆菌分离培养。在90%病例，不明原因发热诊断方法各不相同。