O diagnóstico de lesão cerebral traumática é primariamente clínico.

A lesão traumática ao sistema nervoso central tem duas fases: a primeira é a lesão neuronal, que ocorre como resultado direto do episódio traumático; e a segunda ou tardia, causada por múltiplos processos neuropatológicos, pode continuar por dias ou semanas após a lesão inicial.

Na presença da queixa de náuseas após um traumatismo cranioencefálico, faz-se necessária a realização de uma tomografia computadorizada de crânio.

Uma fratura de crânio associada, especialmente na junção temporoparietal, aumenta a probabilidade de hematoma epidural, em geral pela ruptura da artéria meníngea média.

A maioria dos pacientes com lesão cerebral traumática leve apresentará neuroimagem normal, pois a lesão axonal é quase invisível na TC e na RM padrão.