1.病原學檢測
(1)塗片檢測衣原體包涵體：近年有報告用Papanicolaon染色法檢測沙眼衣原體包涵體，敏感性83%，方法簡便，是最常用的篩選方法，可用於高危人群的篩選。
(2)細胞培養法：認為是檢測沙眼衣原體的金標准，但費時，且要求一定的設備技術條件，難作為臨床常規檢測手段。
2.分子生物學方法 原位雜交法檢測宮頸或直腸活檢標本中沙眼衣原體DNA。亦可用PCR法檢測，可明顯提高檢測敏感性，且可用於鑒定其種及血清型，可用於診斷、療效判斷及流行病學調研，此方法檢出率高於其他方法。亦有報告用熱啟動聚合酶鏈反應(hot start PCR，HSPCR)，可明顯降低非特異性擴增，減少假陽性反應。
PCR法可用於本病的診斷，亦可用於治療後療效的評價，但須注意在停藥後療效隨訪時，發現有的用直接免疫熒光法查抗原已為陰性，但PCR法仍為陽性，可能為殘留部分病原DNA於體內，不表示有病原體存在。
組織學上，沙眼衣原體雖然只侵襲結膜上皮細胞，但病理改變卻達深層組織。病變早期首先表層上皮細胞變性脫落，深層增生，基質層新生血管形成，纖維組織增生，炎症細胞浸潤，形成乳頭。浸潤的淋巴細胞聚集形成濾泡。濾泡中心變性壞死及有吞噬的細胞碎片，特別是核碎片的巨噬細胞，稱為Leber細胞。活動期沙眼的結膜標本作免疫組化研究時發現：結膜上皮浸潤的炎症細胞主要是多形核粒細胞、巨噬細胞、T淋巴細胞及樹突狀細胞;基質內浸潤的炎症細胞主要是B淋巴細胞形成的淋巴濾泡、彌漫浸潤的漿細胞及散在浸潤的B淋巴細胞、樹突狀細胞、T淋巴細胞、巨噬細胞及多形核粒細胞。