De symptomen zijn een eerste indicatie voor de diagnose. Zodra een kind met deze symptomen wordt opgenomen in het ziekenhuis, start men met een acute behandeling. Tijdens die behandeling moet snel bloedonderzoek duidelijk maken of het gaat om een ureumcyclusdefect of een organische acidurie. Bij ureumcyclusdefecten zijn de ammoniakspiegels in het bloed erg verhoogd. Vaak zit er ook een verhoogde hoeveelheid alanine en glutamine in de cellen. Als uit het eerste onderzoek blijkt dat de patiënt een ureumcyclusdefect heeft, wordt nader onderzocht welk defect het is. De diagnose kan gesteld worden op grond van het precieze patroon van aminozuren in het bloed en de hoeveelheid orootzuur die in de urine wordt gevonden. Daarna zal deze diagnose vaak met mutatieanalyse bevestigd moeten worden. Daarbij wordt onderzocht welke genetische afwijking de patiënt precies heeft.
Het onderzoek naar aminozuren is in de meeste laboratoria een standaard onderdeel van het metabole bloedonderzoek. Sommige patiënten komen bij de kinderarts met minder duidelijke of mildere symptomen. Zij worden via zo'n standaardonderzoek vaak alsnog gevonden.

Prenatale diagnose
In sommige gevallen kan bij een ongeboren kind de ziekte CPS deficiëntie worden vastgesteld door middel van prenatale diagnose. Dat gebeurt over het algemeen alleen als er eerder kind in het gezin de ziekte bleek te hebben. Onderzoek van DNA kan bij CPS-deficiëntie alleen als precies bekend is welke genafwijking de ziekte veroorzaakt.