甲基丙二酸尿症的诊断对于那些临床症状多样且易被误诊的儿童来说尤为重要。当遇到不明原因的呕吐、惊厥、酸中毒、肌张力异常、发育迟缓或呼吸困难等症状时，应尽早进行相关检查。常见的诊断手段包括尿酮体测定、血气分析、血氨、血糖和心肌酶谱等常规生化检查，这些检查有助于识别可能的异常。
确诊甲基丙二酸尿症的关键技术是气相色谱-质谱联用，用于定量检测尿液、血液和脑脊液中的有机酸。正常情况下，尿液中的甲基丙二酸浓度低于2mmol/mol肌酐，24小时内排出量少于5mg。而在患者中，尿液中的甲基丙二酸浓度可显著升高，甚至达到270～13000mmol/mol肌酐，24小时总量可能高达240～5700mg。此外，患者尿液中32羟基丙酸和甲基枸橼酸也会增高，治疗后这些指标会明显下降。
血浆中，正常人难以检测到甲基丙二酸，但在患者中可能高达200～2500mmol/L。脑脊液中的甲基丙二酸浓度与血浆接近，但需排除新生儿酮症酸中毒、钴胺素缺乏和其他原因引起的同型半胱氨酸血症等其他可能性。
对于本症的病理分型，通常依赖于皮肤成纤维细胞、淋巴细胞、肝组织纤维母细胞的酶学分析或基因诊断。通过胎盘绒毛细胞、羊水细胞的酶学检查以及母亲尿液和羊水中的甲基丙二酸测定，可以进行产前诊断，国内外在这方面已有成功的应用案例。例如，有些在出生前经产前诊断为脱氧腺苷钴胺素合成酶缺陷的患儿，在出生前接受了钴胺素治疗，从而成功地控制了病情。
甲基丙二酸尿症(methylmalonicaciduria)或甲基丙二酸血症(methylmalonicacidemia)是先天有机酸代谢异常中最常见的病种，是多种原因所致体内甲基丙二酸蓄积的总称，于1967年首次被报道。近年来，其病因、诊断、治疗与遗传学机制逐步明确，随着质谱分析技术的普及，本症的流行病学资料亦不断更新。据报道日本发病率为2/9780，2/102200至2/16246，意大利1/61775，中国发病情况不详。