脑血栓的影像检查包括头颅CT和头颅核磁共振检查，其中磁共振检查更为敏感和特异性，头颅CT在发病早期可无明显异常，发病24-48小时后，部分病人才可显示出血栓的梗死灶，CT对急性期的小梗死灶并不敏感，特别是脑干和小脑的小梗死灶更难检出。
头颅磁共振在脑血栓发病数小时后就可显示出T1低信号、T2高信号的病变区域，与CT相比磁共振可以发现脑干小脑梗死以及小灶梗死。功能性磁共振如弥散加权成像，可以在发病后的几分钟内检测到缺血性改变，磁共振对早期梗死的诊断敏感性高，特异性也高。