Le diagnostic est réalisé à partir de l'analyse d'un simple échantillon de sang à travers la forme des globules en microscopie électronique et avec une électrophorèse de l’hémoglobine. Des techniques spécifiques permettent de mettre en évidence, ou non, la présence des globules rouges anormaux spécifiques de la drépanocytose.
Le dépistage néonatal de la drépanocytose est la recherche de la maladie dès la naissance. Il consiste en l'analyse d'un échantillon de sang prélevé au niveau du talon d'un nouveau-né, appelé test de Guthrie. Il est ensuite envoyé en laboratoire pour la recherche d'anomalies des globules rouges spécifiques de la drépanocytose. Il est effectué à la maternité à la 72ème heure de vie de l'enfant.
Jusqu'en novembre 2022, le dépistage était ciblé, c'est à dire réalisé uniquement chez les nourrissons à risque, à savoir ceux dont les parents avaient des origines ethniques ou géographiques à risque. Maintenant, le dépistage concerne tous les nouveau-nés en France.