Nach der Prüfung und Diagnose von möglichen Ursachen aus der Vorgeschichte des Patienten ist eine körperliche neurologische Untersuchung notwendig. ImRahmen der Untersuchungen werden von den Hirnnerven bis zur Sprache oderem Gedächtnis alle verbundenen Regionen untersucht. Dazu gehören auch motorische Funktionen, wie z.B. die Körperkraft, die Körperempfindungen, die Reflexe an Armen und Beinen oder die Koordination. Weiterhin ist es notwendig, auf mögliche psychiatrische Störungen wie z. B. Depressionen, Wahnvorstellungen oder Halluzinationen einzugehen.

Bei den wichtigsten Untersuchungen ist das EEG und eine Kernspintomographie bzw. Computertomographie des Kopfes von besonderer Bedeutung. Hierbei misst das EEG die hirnelektrische Aktivität, wodurch in der Ableitung von Epilepsiesyndromen diverse epilepsietypische Potentiale bei Epilepsie Patienten gefunden werden können. Es handelt sich dabei um steile und spitze Potentiale, die vielleicht von einer langsamen Welle gefolgt sind (Spitze-Wellekomplex oder Spike-wave-Komplex). Sie sind auf eine Epilepsie hinweisend, beweisen aber nicht, dass der Patient auch wirklich an einer Epilepsie leidet.
So können z. B. epilepsietypische Potentiale auch in EEGs von Geschwisterkindern von Anfallspatienten nachgewiesen werden, ohne dass diese jemals einen epileptischen Anfall erlitten haben. Mit dem EEG können auch allgemeine Veränderungen der elektrischen Gehirnaktivität wie Verlangsamungen oder herdförmige Störungen erkannt werden. In aller Regel wird zunächst ein Oberflächen-EEG über 20-30 Minuten mit Hyperventilation (verstärktes Atmen) durchgeführt. Erst wenn hierbei keine schlüssige Aussage zu treffen ist, kann ein 24-Stunden-EEG oder Schlafentzugs-EEG durchgeführt werden.
Die Kernspintomographie des Kopfes (MRT oder MRI) ist eine Schichtaufnahme des Kopfes und des Gehirns mit Hilfe magnetischer Wellen. Sie ist ungefährlich und nicht belastend. Sie kann von daher beliebig wiederholt werden.
Mit ihr erkennt man Veränderungen der Gehirnstruktur, wie z. B. Vernarbungen, Missbildungen, Entzündungen, Tumore. Diese Veränderungen, auch Läsionen genannt, können im Zusammenhang mit der Epilepsie stehen, müssen dies aber nicht. Selbst wenn das Kernspintomogramm vollständig normal ist, kann eine Epilepsie vorliegen. Falls eine Kernspintomographie des Kopfes nicht möglich ist, sollte zumindest eine Computertomographie durchgeführt werden. Auch hierbei handelt es sich um Schichtaufnahmen des Gehirns, die Veränderungen der Gehirnstruktur aufzeigen. Sie ist, was die Epilepsie angeht, jedoch nicht so genau wie die Kernspintomographie. Außerdem werden Röntgenstrahlen angewendet, so dass eine Strahlenbelastung entsteht.
Insbesondere wenn es sich um den ersten Anfall handelt, sollten Laboruntersuchungen des Blutes und in einzelnen Fällen auch des Nervenwassers durchgeführt werden. Hierbei wird vor allem nach Entzündungszeichen gesucht. Weitere Untersuchungen wie z. B. Untersuchungen des Hirnstoffwechsels mit dem SPECT oder PET sind beim ersten Anfall nur in sehr seltenen Fällen notwendig. Auch eine neuropsychologische Testung muss nicht erfolgen.