In cazul exoftalmiei bilaterale, mai ales daca nu exista febra sau chemozis sau echimoze, cea mai utila investigatie este profilul tiroidian. RMN-ul orbitei poate fi facut, de asemenea.
Este posibil ca boala Graves sa fie prezenta, chiar daca profilul tiroidian este normal. In acest caz se pot doza anticorpii anti receptori de TSH (TRAB) si anticorpii anti tiroxinperoxidaza (ATPO). Alte investigatii endocrine ar putea fi necesare, daca hipertiroidismul a fost exclus.
In cazul exoftalmiei unilaterale, ecografia si radiografia simpla pot fi utile, dar tomografia cerebrala si sinusala este investigatia cu cea mai mare valoare diagnostica.
Angiografia carotidei este necesara in diagnosticul fistulei arteriovenoase.