問診により、眠れないことに心身の疾患が関係しているかどうか調べていく。不眠症の診断基準には米国精神医学会によるDSM-5が用いられる。睡眠そのものを診断する睡眠ポリグラフィー検査では、装置をつけて一晩眠り、脳波や呼吸運動、心電図、筋電図、眼球運動、睡眠の深さやいびき、無呼吸の程度などを探る。生体リズムを測るため、肛門に細く柔らかいチューブ状の直腸体温計を入れて、体温変化を測定する場合もある。睡眠時間の短さや不眠状態ではなく、「不眠が長期間続き日中の不調により生活に支障が出る」ことで不眠症と診断される。