Ved mistanke om nevroborreliose ser vi etter betennelse i nervesystemet. For å stille en sikker diagnose er det nødvendig å ta både blodprøve og spinalvæskeprøve. Dannelsen av borrelia-spesifikke antistoffer kan ta opptil 6–8 uker og det er viktig å være oppmerksom på at dersom prøven blir tatt tidlig i forløpet, kan antistoff-testene være negative i blodet. I noen tilfeller finner man antistoffer i spinalvæsken, men ikke i blodet.
Av og til finner man også gamle antistoffer som henger igjen fra tidligere smitte med borreliabakterien, men som ikke har noe med den aktuelle sykdomstilstanden å gjøre. Dette understreker at det er viktig å ta hensyn til det aktuelle sykdomsbildet og gjennomføre en spinalvæskeprøve før man stiller eller utelukker nevroborreliose-diagnosen. Antistoffsvar må derfor alltid vurderes sammen med andre tegn til betennelse i nervesystemet og betennelsesforandringer i spinalvæskeprøve som betennelsesceller.
Noen ganger må vi også ta MR for å utelukke andre tilstander i nervesystemet.