1、生化检测
患者血糖可减低或正常，血氨可增高，尿酮体阳性，代谢性酸中毒、阴离子间隙增加。血清钠及渗透压减低。
2、血浆氨基酸谱分析
采用氨基酸分析仪可检测到血浆亮氨酸、异亮氨酸、别异亮氨酸及缬氨酸浓度增高。串联质谱技术（MS/MS）只能检测血中亮氨酸（包括异亮氨酸）及缬氨酸增高，亮氨酸/苯丙氨酸比值增高。异亮氨酸及别异亮氨酸增高是诊断的金标准。约50％的患者确诊时，亮氨酸水平超过1500µmol/L。对于间歇型患者，间歇期支链氨基酸浓度正常，发作期与经典型类似，可见支链氨基酸浓度升高。
3、尿支链α-酮酸测定
采用气相色谱-质谱技术进行尿有机酸分析，MSUD患者尿中亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸的α-酮酸衍生物，即2-酮异己酸、2-酮-3-甲基戊酸、2-酮异戊酸排出增加。
4、BCKAD复合体酶活性测定
可采用外周血白细胞、培养的皮肤成纤维细胞、肝细胞、羊水细胞及绒毛细胞等进行酶活性测定，方法繁琐，临床上很少开展。
5、基因分析
对导致MUSD的致病基因进行Sanger或二代基因测序，明确分子诊断。
6、三氯化铁及2，4二硝基苯肼（DNPH）试验
非特异性，生后48~72小时的患儿，当血浆亮氨酸浓达到1000mol/L，两种试验皆可为阳性。