El análisis de aminoácidos plasmáticos permite detectar una elevación de los valores de homocisteína, con concentraciones bajas o normales de metionina. Se debe realizar el diagnóstico diferencial con otros tipos de homocistinuria más frecuentes. Para ello es muy útil el estudio de metiltetrahidrofolato en el líquido cefalorraquídeo.

Para proseguir el diagnóstico de una deficiencia de MTHFR hay que realizar el estudio de la actividad de esta enzima en cultivos celulares obtenidos mediante una biopsia de piel, confirmando el diagnóstico mediante el estudio de mutaciones del gen MTHFR.