Der atypische Gesichtsschmerz ist aufgrund der schlecht lokalisierbaren Schmerzen schwierig zu diagnostizieren. Bei der Diagnose „atypischer Gesichtsschmerz“ handelt es sich daher um eine so genannte Ausschlussdiagnose, d.h. bei Verdacht auf solch eine Erkrankung müssen alle Krankheitsbilder ausgeschlossen werden, die ähnliche Beschwerden verursachen. Dazu gehören etwa Gesichtsschmerzen jeder Art, Erkrankungen der Nasennebenhöhlen, Infektionen des Kiefers (z.B. nach dem Ziehen eines Zahns), Tumore oder Gefäßmissbildungen. Zur Abklärung sind meist bildgebende Verfahren notwendig, wie beispielsweise eine Computertomografie (CT) oder eine Kernspintomografie .