急性脑梗死的早期诊断主要是依据临床表现，并结合脑CT除外脑出血等情况。常规脑CT及MRI均不能早期显示脑梗死情况。DSA能准确显示4级以下动脉血管的闭塞情况，而对直接供应脑组织的小血管不能显示。尽管有学者提出可用DSA的毛细血管期观察脑实质的染色情况，以此来判断脑实质的循环状态，但只是间接依据。功能性检查，如PET、SPECT等可提供脑组织灌注和脑血流等信息，但检查时间过长，费用较贵。
近年来MRI新技术发展迅速，如DWI等早期发现脑缺血，且检查时间短；此外MRA的应用可同时检测脑血管和闭塞情况。MRT新技术在急性缺血性脑卒中的应用可早期快速诊断，可为溶栓治疗提供可靠的指导。
而头颅CT及MRI中的T2WI需要较长时间才能显示缺血的脑组织。在MCAO猫实验中，脑缺血45minDWI（＋），T2WI（-），2～3h后T2WI（＋），脑缺血45minDWI（＋），这可能与正常组织的氧化磷酸化破坏有关，而不是由于细胞的死亡。DWI（＋）的部分与灌注缺损区紧密相关，DWI（＋）反映缺血性脑水肿早期的细胞毒性水肿。DWI较T2WI更敏感。解放军总医院的实验研究提示，在注入血栓栓子后30min即清楚可见DWI（＋），T2WI（-）。脑缺血1h可见DWI（＋），T2WI（＋）；而脑缺血2h可见DWI（＋），T2WI（-），反映脑缺血程度的不同。
临床研究提示，8h内CT和T2WI不能可靠地发现病变，而DWI则能早期观察到病变区，同时形态学改变见于缺血的3h内受损区内的神经细胞呈散在缺血性改变，线粒体肿胀明显反映细胞能量代谢受阻，但神经元结构尚完整。6h后受损区的神经细胞呈弥漫性缺血性改变，神经细胞结构破坏，细胞坏死。提示，通过早期治疗恢复缺血脑组织的血液供应可能挽救部分神经细胞。
