A toxoplasmose pode ser diagnosticada por observação direta dos parasitas nos tecidos, incluindo o material de lavado bronco-alveolar e biópsia de linfonodos. Coloração imuno-histoquímica e microscopia eletrônica também são utilizadas. Técnicas de PCR podem ser úteis, especialmente para a deteção de infeções congênitas no útero. T. gondii também pode ser isolado a partir de músculo, cérebro, sangue ou outros fluidos corporais, através de uma cultura celular ou por inoculação do rato. Técnicas de tomografia computadorizada são por vezes úteis em casos de toxoplasmose cerebral, e ultra-som pode ser usado no feto.
Mais frequentemente, as infeções são detetadas por sorologia. Os testes de IFA e ELISA são usados com mais frequência em seres humanos. Outros testes sorológicos incluem o teste de Sabin-Feldman hemaglutinação indireta, aglutinação em látex, aglutinação modificada e fixação de complemento. Um teste cutâneo é usado por vezes em estudos epidemiológicos. Testes IgM-específicos são realizados quando se torna importante saber o tempo de infeção, por exemplo numa mulher grávida. Um teste de IgM negativo sugere fortemente que a infeção não é recente, mas um teste de IgM positivo é de difícil interpretação; IgM especifico de toxoplasmose pode ser encontrado por um período que pode ir até 18 meses após a infeção aguda, e falsos positivos são comuns. Antes do início do tratamento, os Centros dos EUA para Controle e Prevenção de Doenças (CDC) recomenda que todos os aspectos positivos de IgM sejam verificados por um laboratório de referência. A sorologia não é confiável para toxoplasmose.
