性病性淋巴肉芽肿的实验室诊断具有很大意义。以往常用的Frei试验是一种迟发性变态反应皮肤试验，由于所用抗原是衣原体的整体抗原而特异性较差，加上近20年来各种衣原体感染增多，目前已不常用。另外，通过鼠脑、鸡胚卵黄囊接种与培养方法均可以从感染组织中分离到衣原体。
目前临床较多使用血清补体结合试验。该试验敏感度较高，阳性反应出现早，所用的抗原为群抗原，可疑病人的血清滴度达1∶64或1∶64以上则有意义；但是如果滴度上升4倍，即使最终滴度小于1∶64也可以考虑诊断。血清补体结合试验在鹦鹉热衣原体感染和性病性淋巴肉芽肿可产生轻度交叉反应，降低了试验的特异性。由于抗体滴度可持续多年，因此这些试验不能区别感染发生的时间。
近年来建立的免疫荧光试验具有高度敏感性及特异性，可用于鉴别其他衣原体感染。