患有反复呕吐胆汁和食物的患者，特别是体位变化可以减少症状，应考虑肠系膜上动脉综合征的可能性，并进一步检查胃肠钡餐。
胃肠钡餐造影显示十二指肠第一和第二部分扩张，反复强烈反蠕动，钡剂可回流胃。十二指肠横段远处有整齐的斜压痕迹和钡剂受阻。例如，吞咽钡餐在2～4小时后不能从十二指肠排空，说明有梗阻。如果患者俯卧或左侧卧位，十二指肠潴留消失，对本综合征的诊断很有帮助。
同时，主动脉造影和钡剂检查可以显示十二指肠压力与肠系膜上动脉的关系、肠系膜上动脉与腹主动脉的狭窄角度以及肠系膜上动脉的异常行走，但主动脉造影在临床上很少使用。
为消除屈氏韧带附近的炎性肿块、先天性巨十二指肠、环状胰腺、十二指肠隔膜和肿瘤等十二指肠梗阻的其他原因，后两者可通过纤维内窥镜检查进行诊断。如果症状不典型，仍需排除胃、十二指肠溃疡、胆石症、胆囊炎、胰腺炎和十二指肠炎的可能性。近年来，有关慢性十二指肠梗阻合并溃疡或胰腺炎的报道，诊断时应注意。
