La extremada variabilidad en los síntomas de las enfermedades mitocondriales hace que el diagnóstico sea, en ocasiones, difícil. Desde el punto de vista clínico, se ha de sospechar la existencia de una enfermedad mitocondrial, ante la presencia de los signos clínicos de entidades concretas y ya descritas; también se ha de sospechar cuando aparezca una “asociación inexplicable de síntomas” en el sentido de la coexistencia de lesión de diferentes tejidos ú órganos no relacionados funcional o embriológicamente.
Existen diferentes criterios utilizados para el diagnóstico de las enfermedades mitocondriales con diferentes procedimientos: