衣原体培养最可靠的方法是进行沙眼衣原体的培养，取鼻咽部或咽后壁拭子，气管和支气管吸出物，肺泡灌洗液等标本培养，新生儿沙眼衣原体肺炎可同时取眼结膜刮屑物培养和（或）涂片直接荧光法（DFA）检测沙眼衣原体，分离物可用沙眼衣原体种特异性单克隆抗体进行鉴定。
应用PCR试验对上述标本进行检测对诊断有很大帮助，但需要注意质量控制，防止出现假阳性结果。
微量免疫荧光试验（MIF）是目前国际上标准的且是最常用的沙眼衣原体血清学诊断方法，尤其适用于新生儿和婴儿沙眼衣原体肺炎的诊断，因为可检测出患儿血清中存在高水平的非母体IgM抗体（不通过胎盘屏障），血清学诊断标准为：MIF试验IgG≥1∶512和（或）IgM≥1∶32，在排除类风湿因子（RF）所致的假阳性后可诊断为近期感染，双份血清抗体滴度4倍或以上升高也诊断为近期感染。
肺部X线显示为间质浸润，亦可见支气管肺炎或网状，结节样阴影。