神经系统疾病的诊断包含以下逐层递进的步骤：
症状和体征的定位诊断；
识别相关的病理生理机制；
鉴别诊断；
选择合适的辅助检查。
通过详细的病史询问和准确的神经科查体，有助于识别病灶的解剖定位和病理生理机制，极大地减少鉴别诊断和所需的辅助检查。病史对于确定神经功能障碍的可能部位很重要，神经检查用于证实可疑部位。这一诊断步骤不应机械地被CT、MRI和其他实验室检查而取代，因为这样做将导致错误的诊断和不必要的诊疗费用。
为了识别病灶的解剖定位，检查者应考虑以下问题：
所有的症状和体征都与神经系统中的单个病变有关还是与多个病变有关？
是否涉及中枢或周围神经系统，或者两者都涉及？
需要考虑的神经系统定位包括大脑皮层、皮层下白质、基底节、丘脑、小脑、脑干、脊髓、臂丛或腰骶神经丛、周围神经、神经肌肉接头和肌肉。
一旦确定了病变的位置，就要考虑病理生理原因的类别；它们包括那些主要起源于神经系统的，以及那些起源于身体其他地方并次要影响神经系统的（如血管性、感染性、免疫介导的）。神经系统疾病的一般原因包括：
血管性；
感染性；
肿瘤性；
退行性：
外伤性；
中毒-代谢性；
先天性
免疫介导性。
神经科检查如果选择得当，即使是最疑难的病例，检查者也能做出逐层递进的诊断，而不容易被其他疑似的疾病所迷惑，例如脑肿瘤的急性卒中样症状，脊髓压迫症出现类似格林-巴利综合征的快速上升性瘫痪。
病史
病史是神经系统疾病诊断步骤中最重要的一环。病人应当被置于放松安静状态，并通过他们自己的语言来讲述病情的发展过程。通常，临床医生能很快判断病人的病史是否可靠或是否需要家庭成员来代述病史。
现病史 应包括询问患者以下问题：
每种症状的性质、强度、分布、持续时间和频率（问题应具体）
区分急性、亚急性和慢性（包括先天性）疾病的症状持续时间
加重和减轻症状的情况
过去治疗的有效性
症状出现的顺序有助于确定原因
与神经系统没有直接关系的症状，表明全身或系统性疾病
特定残疾，定量描述(例如，在需要停下来休息之前最多行走7.6米[25英尺])及其对患者日常生活的影响。
另外，既往病史和系统回顾也是很有必要的，因为很多内科疾病都会引起神经科相关的并发症，特别是酒精中毒、糖尿病、肿瘤、血管性疾病和HIV感染等。
家族史是非常重要的，因为偏头痛和很多代谢性、肌肉、神经、变性病等都有一定的遗传性。
同样，病人的职业、社会交往及旅游经历等可以提供可能的罕见感染及毒物和寄生虫接触史。
有时神经症状和体征是功能性的，反映了精神障碍。通常，这种症状和体征不符合解剖学和生理学的规则，患者可能会感到抑郁或异常恐惧。但也有一些时候，器质性病变和功能性病变可能同时存在，并且他们之间的鉴别是非常困难的。
