ผู้ที่ควรสงสัยว่าเป็นโรคโลหิตจางธาลัสซีเมียได้แก่ อาการ อาการแสดง และการตรวจเลือดที่พบลักษณะดังนี้

1.อาการ ซีด เหลือง ตับ ม้ามโต ตัวเตี้ยแคระแกรน พบในผู้ป่วยที่รุนแรงมาก แต่มีผู้ป่วยโรคธาลัสซีเมียบางชนิดอาการอาจไม่รุนแรง การตรวจทางห้องปฏิบัติการ จึงมีความจำเป็นและสามารถช่วยแยกชนิดต่าง ๆ ของโรค ได้

2.การตรวจเลือด (complete blood count, CBC) เพื่อดูภาวะซีด ค่าดัชนีเม็ดเลือดแดง และลักษณะเม็ดเลือดแดง เป็นสิ่งที่ช่วยในการวินิจฉัยโรคได้ เม็ดเลือดแดงบนสเมียร์เลือดของผู้ป่วย มีลักษณะติดสีจาง ขนาดเล็ก และรูปร่างผิดปกติ เป็นต้น ค่าดัชนีเม็ดเลือดแดง MCV และ MCH มีขนาดเล็กกว่าปกติ

3.การตรวจพบ inclusion body ในเม็ดเลือดแดง สามารถให้การวินิจฉัยโรค Hb H ได้

4.การวินิจฉัยธาลัสซีเมียที่แน่นนอน ต้องทำโดยการตรวจวิเคราะห์ชนิดของฮีโมโกลบิน (hemoglobin type)โดยเครื่องตรวจอัตโนมัติชนิด เพื่อจำแนกชนิดของโรคธาลัสซีเมียและฮีโมโกลบินผิดปกติให้แน่นอน

แพทย์พึงส่งตรวจวิเคราะห์ชนิดของฮีโมโกลบินก่อนให้เลือดครั้งแรก หรืออย่างน้อย 3 เดือนหลังจากให้เลือดครั้งสุดท้าย