Das Erstgespräch zwischen dem Arzt und der Patientin  über die Krankengeschichte (Anamneseerhebung) gibt dem Arzt erste Hinweise auf die Art der Erkrankung.
Zeitpunkt und Fortschreiten der Symptome können häufig den Verdacht auf ein Polyzystisches Ovarialsyndrom lenken lassen. Auf jeden Fall sollte, falls noch nicht geschehen, die Weiterbehandlung und Untersuchung von einem Facharzt für Gynäkologie weitergeführt werden, der dann durch eine Ultraschalluntersuchungen meist die typischen, zystischen Veränderungen der Eierstöcke (Ovarien) erkennen kann. Das Bild reicht von völlig unauffälligen Ovarien, bis hin zu perlenkettenartig angeordneten, zystischen Strukturen. Durch Zunahme des Gewebes erscheint der Eierstock oft vergrößert im Ultraschall.

Zu jeder Diagnosestellung gehört auch die Blut- bzw. Urinuntersuchung der Patientin mit der Suche nach Hormonen, die in erhöhter Menge nachweisbar sein können. Der LH-Spiegel kann erhöht sein.
Der sogenannte LH/FSH Quotient wird dann ca. 2-3 betragen. Testosteron  sowie seine Vorstufen können ebenfalls in erhöhten Mengen unter Umständen nachgewiesen werden. Auch die Prolaktinwerte können erhöht sein. Als Differentialdiagnose darf ein Hormonproduzierender Tumor auf keinen Fall vergessen werden.
Auch eine sogenannte Hyperthecosis ovarii sollte ausgeschlossen werden, bevor die Diagnose eines Polyzystischen Ovarialsyndroms gestellt wird. Dabei handelt es sich um eine angeborene und familiär bedingte Fehlanlage der Ovarien, die ähnliche Symptome stärkerer Ausprägung erzeugen können.  Auch weisen die Patienten mit  PCO eine erhöhte Gefahr einer Insulinresistenz auf, die ein Diabetes mellitus verursachen würde. Die Gefahr an Herzerkrankungen oder an einem Bluthochdruck zu erkranken, sei nach neusten Studien bei Patientinnen mit einem Polyzystischen Ovarialsyndrom erhöht
Neubildungen, die durch eine unkontrollierte und übermäßige hormonelle Stimulation der Gebärmutter auftreten sollen, werden ebenfalls in diesem Zusammenhang diskutiert. Diese Folge- bzw. Begleiterkrankungen betreffen allerdings lediglich das unbehandelte Polycystische Ovarialsyndrom.