뇌졸중이 의심되면 가장 먼저 CT를 통해 뇌경색과 뇌출혈을 구분해 내는것이 중요하다. 사실 경색이 일어난 후 48시간 이내 동안은 CT에 경색이 보여지지 않는다. 그러나 뇌출혈의 경우는 즉시 CT에 발견됨으로, 뇌출혈에 의한 뇌졸중을 바로 배제할수 있게 된다. 그 외 MRI를 이용해 더 자세한 영상을 확보할수 있으나, 응급 상황엔 MRI가 잘 이용되지 않는다. 그 후 아래에 서술된 치료법 처럼, 뇌경색의 발병의 시간에 따라 응급 치료를 한 후 좀 더 자세한 검사들을 동원해 뇌졸중의 근본적인 원인을 찾아 나가게 된다.
가장 먼저 심전도, 흉부X ray, 심초음파검사(echocardiogram) 및 여러 혈중검사들을 동원해 심방세동 등의 근본적인 원인을 찾게 된다. 특히 환자에게서 경동맥 잡음(carotid bruits)과 말초동맥질환(PAD)등의 증상이 보여지면 경동맥 초음파검사를 통해 경동맥 협착증(carotid artery stenosis)을 검사하게 되며, 이때 협착이 70%이상 진행 되었을 경우 동맥내막절제술(endarterectomy)을 통해 치료하게 된다.
환자가 상대적으로 젊은 나이(50대 이하)일 경우, 위에 서술된 드문 질환들로 인한 뇌졸중일 경우가 높다. 이럴 경우 ANA, ESR, Rheumatoid Factor, Antiphospholipid antibodies 등의 검사를 통해 정확한 원인을 확인할수 있다.