La diagnosi della Sindrome X-Fragile avviene con un semplice prelievo di sangue.
A ciò si aggiunge la diagnosi molecolare, che analizza direttamente il gene responsabile o gene-malattia, che consente di valutare in modo più specifico lo stato funzionale del gene FMR1.
Inoltre, nelle donne, in cui è stata già rilevata la presenza di premutazione e/o mutazione completa FMR1. è possibile effettuare una diagnosi prenatale, mediante amniocentesi o villo centesi.