原发性骨质疏松症患者的血清钙，磷，血清蛋白电泳和血沉正常。血清碱性磷酸酶一般正常，但在骨折时轻度升高。Ⅰ型病人甲状旁腺激素下降，Ⅱ型则增高。约20%绝经后骨质疏松妇女有明显的高钙血症。代表骨周转增加的指标有异常(如尿排泄含羟化脯氨酸肽增加或99m锝亚甲基双磷酸盐增加)。其他生化异常提示继发性骨质疏松。
   X线检查时，由于骨小梁结构丧失，脊椎骨放射密度减低。但只信赖对骨密度的主观印象可导致错误。骨质减少在X线片上不易发现(X线透亮区)，当骨量减少超过30%时，才能在X线上显示出来。水平方向的骨小梁丧失使皮质终板和剩下的垂直方向负重的骨小梁更为突出。胸椎的楔形前弯和腰椎间隙的气球样变形是脊椎骨折的特征。由于骨内膜过度吸收，长骨皮质变薄，但骨膜表面仍然光滑(与甲状旁腺功能亢进形成对照)。而皮质类固醇引起的骨质疏松很可能在颅骨产生X线透亮区，肋骨骨折和过度的骨痂形成。骨质软化与骨质疏松在X线检查上可能相混淆，但血清生化检查与骨活检可以鉴别，前者生化结果异常。
   单及双光束吸收光度计(DXA)和定量CT可用以测定腰椎的骨密度，故可用于诊断和追踪观察治疗效果。世界卫生组织(WHO)用DXA结果定义骨质疏松：与35岁性别,种族配对的对照组平均值相比，＞1标准差为骨质减少,提示骨质疏松；＞2.5标准差可诊断为骨质疏松。DXA检查通常取脊柱，但髋部更好，因为它可同时显示皮质骨和小梁骨，但检查脊柱更简单，更迅速。