在同一部位的反复发生的创伤性骨折、 非创伤性、不明原因发生的骨折、出现牙本质发育不良、身高或躯干高度整体减少、出生几个月后蓝色巩膜持续存在或加重、骨骼明显的持续性畸形。
总体而言并没有特异针对成骨不全症的实验室检查，但实验室检查有助于和其它疾病的鉴别诊断以及明确患者骨代谢变化的全貌。成骨不全V I型，PEDF（色素上皮衍生因子，Pigment Epithelium-derived Factor）的缺失可能具有诊断价值。成骨不全I型，CTX（I型原胶原羧末端肽）含量减少。较严重的亚型通常尿钙会升高。维生素D通常会降低。与其他骨代谢疾病不同，碱性磷酸酶通常在正常范围内。
X线检查发现长骨进行性弯曲，在先前骨折区域更加明显、X线检查发现多处骨折，并且骨折数目增多。多种影像学检查可以提示成骨不全。影像学的变化可能随着年龄，疾病亚型及严重程度有所不同。
处于儿童期的患者可能有如下发现：身体多个部分发生骨折，尤其在长骨和脊椎骨常见，偶尔可见于肋骨，少见的情况下可能见于其他扁骨。
通常骨折会伴随骨骼畸形。处于不同愈合时期的多发骨折会同时存在；股骨纤细并且弯曲。
长骨通常纤细，以横径相对于长度比值较短为特征（过度管化）；骨皮质厚度通常减小，而在骨松质部分骨小梁之间的距离增大；成骨不全症另一个非常具有提示性，但不是病理名称的特点是出现沃姆氏骨（缝间骨）。这些骨的骨缝常大于6x4毫米，主要见于头颅的骨骼，就如同在上面镶嵌了马赛克一样。
非成骨不全症患者，缝间骨只见于人字缝；脊柱骨的X线片通常会呈现典型的椎体上下双侧凹陷的特点。形态学上用“双凹透镜”来描述，英文里用“鳕鱼codfish”来描述，这种形态是严重的骨质疏松症以及骨软化症的特征之一。
绝大多数OI患者的腰椎、髋部及全身骨密度值显著低于同龄、同性别正常人，骨密度Ｚ评分往往<－2.0分。
主要是遗传学及分子生物学相关检查。
根据基因缺陷可以直接诊断成骨不全症的亚型，也有助于可能存在基因突变的一级亲属的产前诊断，尽管大部分成骨不全症是新发突变。对于那些致病基因已经明确的亚型，几乎都可以通过分子生物学的方法进行诊断。
对于那些致病基因尚不明确的亚型，生化检测方法仍是近乎唯一的诊断方法。基因检测通常先检测编码I型胶原蛋白的基因（COL1A1和COL1A2），如果为阴性结果再检测SERPINF1, CRTAP, LEPRE1, PPIB, SERPINH1,FKBP10, BMP1 和Osterix等基因。由于需要检测的基因数目多，以及部分基因大（如COL1A1和COL1A2），基因检测常相对耗时且昂贵。活动增加所致。极严重者有血浆钙及磷的减低，但极少见。
