Deve ser investigada apenas em meninos com as características físicas e comportamentais típicas.

A análise do gene FMR1 pela técnica de Southern blot é capaz de detectar alelos normais, pré-mutações de tamanho grande e mutações completas, assim como o status de metilação da região promotora do gene.

As manifestações neurológicas nos homens hemizigotos para a pré-mutação incluem síndrome de ataxia-tremor, deficiência intelectual e transtorno do espectro autista.

As mulheres heterozigotas para a mutação completa estão em risco para desenvolver falência ovariana precoce e síndrome de ataxia-tremor.

O sequenciamento completo do exoma é o exame de escolha para o diagnóstico da síndrome do X frágil.