医生首先会进行病史采集，如重点询问有无发热、出血、肝脾淋巴结肿大、既往血液病病史等，还应询问有无药物、毒物或放射性物质接触史，营养及饮食习惯，手术史、月经孕产史及家族史等，然后进行全面的体格检查，了解皮肤黏膜颜色有无改变，有无黄疸、出血点及结节或包块；舌乳头是否正常，胸骨有无压痛，浅表淋巴结、肝、脾有无肿大，腹部有无肿块等。
是血液系统疾病诊断最基础的检查，可同时测出红细胞数、血红蛋白含量、血细胞比容、红细胞分布宽度、平均红细胞体积、血小板数、白细胞数、白细胞分类计数等多项参数；经涂片染色显微镜检查还可对白细胞、红细胞及血小板形态变化进行分析。网织红细胞计数可反映骨髓红细胞的生成功能。
包括骨髓穿刺液涂片及骨髓活检，用以了解造血细胞生成的质和量的变化，对某些血液病有确诊价值（如白血病、骨髓瘤、骨髓纤维化等）及参考价值（如增生性贫血）。若发现有原始细胞明显增多，则首先考虑急性白血病，需进一步做免疫分型明确细胞起源，行遗传学、基因学检查了解预后。
包括出血时间、凝血时间、凝血酶原时间、白陶土部分凝血活酶时间、纤维蛋白原定量等基本检查，尚可做血块回缩试验、血小板聚集和黏附试验，以了解血小板功能，亦有凝血因子检测以评估体内凝血因子活性。
常用的试验有游离血红蛋白测定、血浆结合珠蛋白测定、尿Rous试验（血管内溶血）、酸溶血试验、蔗糖溶血试验（阵发性睡眠性血红蛋白尿症）、渗透脆性试验（遗传性球形红细胞增多症）、高铁血红蛋白还原试验（红细胞葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏）、抗人球蛋白试验（自身免疫性溶血性贫血）等以确定溶血原因。
如缺铁性贫血的铁代谢检查，自身免疫性血液疾病及淋巴系统疾病常伴有免疫球蛋白的异常、细胞免疫功能的异常及抗血细胞抗体异常等。应用特异性单克隆抗体进行免疫分型已成为急性白血病诊断标准之一，免疫组化是淋巴瘤诊断的必需检查。
主要包括常规染色体检查及荧光原位杂交，对血液病的诊断、预后判定及发病机制的研究有重要意义。如急性早幼粒细胞白血病有染色体t (15; 17)，确诊需有该核型异常或其相应的融合基因PML-RARA阳性。
血液病学是分子生物学渗透最深入、应用最早和最广泛的学科。白血病及其他恶性血液病常见分子生物学异常主要包括染色体易位形成融合基因、基因突变及基因表达变化等。针对白血病的分子生物学异常进行检测将进一步补充细胞形态学、免疫表型及细胞遗传学检查的不足，有效监测微小残留病。
如淋巴结或浸润包块的活检、脾活检以及体液细胞学病理检查。淋巴结活检对诊断淋巴瘤及其与淋巴结炎、转移癌的鉴别有意义；脾活检主要用于脾显著增大的疾病鉴别；体液细胞学检查包括胸腔积液、腹腔积液和脑脊液中的瘤细胞（或白血病细胞）的检查，对诊断、治疗和预后判断有价值。
对淋巴瘤的诊断和分期有重要意义，对多发性骨髓瘤及朗格罕斯细胞组织细胞增生症诊断也有重要价值，特别是已广泛应用的正电子发射体层显像计算机体层扫描技术，对淋巴瘤诊断、疗效判定有重要意义。磁共振成像在检出局灶性骨髓浸润方面有优越性，补充了骨髓涂片和骨髓活检的不足，能帮助判定恶性血液病脊椎压缩性骨折的病因。
