Diagnosis terutama bergantung pada analisis air mani. Jika air mani tidak normal, tes lain akan diperlukan untuk menentukan apa yang menyebabkan azoospermia. Misalnya, tes endokrin dapat dilakukan untuk mengetahui kadar berbagai hormon yang dibutuhkan dalam proses produksi sperma; pemeriksaan ultrasonografi dapat mengklarifikasi adanya pembengkakan yang menekan vas deferens dan mengidentifikasi kelainan pada vas deferens dan struktur fisiologis; jika azoospermia dicurigai disebabkan oleh kelainan genetik, pengujian genetik dapat digunakan untuk mengklarifikasi diagnosis; biopsi testis dapat secara akurat mendeteksi produksi sperma di testis, tetapi ini adalah tes invasif dan dipilih dengan hati-hati.