副肿瘤综合征主要是根据临床症状、对治疗的反应、结合特异性抗体进行诊断。首先如果患者的表现为比较典型的副肿瘤综合征，比如边缘叶脑炎、脑脊髓炎、Lambert-Eaton综合征等，并且在诊断后五年内发生肿瘤的情况下，就可以确诊为是副肿瘤综合征。其次不是特别典型的副肿瘤综合征的表现，但是可以查到像Hu抗体、Yo抗体、Ri抗体等与副肿瘤综合征相关的特异抗体，结合临床也可能考虑有副肿瘤综合征。

如果患者的临床表现不是上面提到的Lambert-Eaton综合征、边缘叶脑炎等比较典型的副肿瘤综合征的临床表现，但是通过免疫治疗，患者的临床症状有比较好的改善，也可以成为诊断是副肿瘤综合征的依据。