1、体格检查：上腔静脉综合征通常有典型的上腔静脉回流受阻表现，如上肢、颜面、颈胸部水肿及浅表静脉怒张等，可通过体格检查发现。
2、测静脉压：上腔静脉压升高，中心静脉压升高，而下肢静脉压正常。正常人双上肢静脉压相差不超过10mmHg，如出现明显的两侧不等，则只是同侧无名静脉及上腔静脉均有阻塞，但由于侧支循环减压，静脉压测定不能正确反映血管狭窄、闭塞程度和阻塞性质。为明确阻塞部，在测压是常需要做三种检查。
（1）矛盾现象：正常人在测上肢静脉压时，可见管中液体随吸气、呼气出现向上、向下移动。当上腔静脉在奇静脉入口以下有阻塞时，上腔静脉血液流入右心房障碍，但吸气相血液流入右心房增加的生理现象消失，出现吸气管中页面上升，呼气下降的矛盾现象。
（2）Hussey运动试验：令患者做握拳、放松运动，每分钟30-40次，正常人运动前后上肢静脉压无变化，而上腔静脉阻塞受握拳运动导致上腔静脉血回流增加及流入右心房障碍的双重因素影响，出现运动会静脉压上升超过运动前10mmHg。
（3）束胸试验：用宽布带束下胸部，如上腔静脉阻塞而奇静脉通畅，则束胸后上腔静脉压不升高。如奇静脉阻塞，因束胸阻断上腔静脉通往下腔静脉的体表静脉侧支循环，故出现颈、胸部静脉扩张加重及上肢静脉压明显升高的现象。
3、X线检查：上腔静脉增宽，上纵膈分叶状或结节状块影，右气管肿块及右上肺不张，偶见肋骨切迹，必要时做断层摄影。
4、上腔静脉造影：可以明确上腔静脉阻塞部位、程度、范围、性质及侧支循环情况，以及血管有无移位，是否合并血栓形成，通常可直接显示上腔静脉漏斗状狭窄，如怀疑有奇静脉阻塞可做奇静脉造影。
5、CT扫描：CT横断面扫描清楚显示纵膈内各种结构，如上腔静脉形态、走向及受压情况，纵膈及占位性病变。如结合加用对照剂造影或CT数字静脉搏动描记术检查，将非造影结构消除，血管图像增强，则能更清楚显示阻塞部位、程度、侧支血管开放的途径。
6、核磁共振：当血流缓慢、停滞和血栓形成时，可显示不同程度信号，在不用增强剂的情况下，能清楚地显示出血管的走向和外形、阻塞部位、范围、纵膈血管和肺门的解剖部位，对上腔静脉综合征诊断价值优于普通X线及CT扫描。
7、细胞学检查：利用显微镜能够观察所检部位是否有恶性肿瘤细胞，辅助医生判断检查部位是否有异常。医生将根据检查需求刮取、穿刺抽取细胞，或采集患者病变部位脱落的细胞组织，利用显微镜观察，以此诊断检査部位是否有恶性肿瘤细胞。
8、其他：食管钡餐检查可显示食管静脉曲张，特别是食管上段静脉曲张，上腔静脉阻塞，使食管上、中部静脉回流受阻而致食管静脉曲张。病程越久，食管静脉曲张的范围可能较广。其余如纵膈镜、支气管镜、淋巴结活检等对诊断均有参考价值。