แพทย์วินิจฉัยหาสาเหตุอาการปวดท้องได้จาก ประวัติลักษณะอาการปวด ตำแหน่งที่เกิดอาการ อาการร่วมอื่นๆ ร่วมกับ การตรวจร่างกายและอาจมีการตรวจอื่นๆเพิ่มเติม ทั้งนี้ขึ้นกับอาการของผู้ป่วย และดุลพินิจของแพทย์ เช่น การตรวจเลือดซีบีซี (CBC) เพื่อดูการอักเสบติดเชื้อแบคทีเรีย การตรวจภาพช่องท้องด้วยเอกซเรย์ธรรมดา หรือ อัลตราซาวด์ หรือเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ การส่องกล้องตรวจอวัยวะในช่องท้องและอาจมีการตัดชิ้นเนื้อจากเนื้อเยื่อที่ผิดปกติ เพื่อการตรวจทางพยาธิวิทยา

วินิจฉัยจากลักษณะอาการปวดท้อง เช่น

• เมื่อปวดแบบปวดบิด เป็นพักๆ มักเกิดจากโรคของอวัยวะที่มีลักษณะเป็นท่อ เช่น ลำไส้ หรือ ท่อไต
• เมื่อปวดเป็นพักๆ ปวดแน่น อาการหายไปเมื่อผายลม หรือ เรอ หรืออาการปวดเคลื่อนที่ได้ มักเกิดจากการมีก๊าซในกระเพาะอาหาร และ/หรือ ลำไส้
• เมื่อปวดแสบ ใต้ลิ้นปี่ และอาการปวดดีขึ้นเมื่อกินอาหาร หรือ อาการปวดสัมพันธ์กับการกินอาหาร มักเกิดจากโรคของกระเพาะอาหาร หรือ โรคกระเพาะอาหารอักเสบ หรือ โรคแผลในกระเพาะอาหาร
• อาการปวดร้าว เช่น ปวดร้าวขึ้นอก หรือ ขึ้นในบริเวณกระดูกกราม แพทย์มักนึกถึงโรคหลอดเลือดหัวใจ
• เมื่อปวดเฉพาะจุด หรือ กดเจ็บเฉพาะจุด มักเกิดจากการอักเสบของอวัยวะในตำแหน่งนั้น เช่น โรคตับอักเสบ หรือ โรคไส้ติ่งอักเสบ
• เมื่อปวดท้องเหนือกระดูกหัวหน่าว ปวดเบ่งปัสสาวะ หรือปวดแสบเมื่อสุดปัสสาวะ มักเกิดจากโรคของกระเพาะปัสสาวะ โดยเฉพาะ กระเพาะปัสสาวะอักเสบ
• เมื่อปวดเบ่งอุจจาระ มักเกิดจากโรคของลำไส้ใหญ่ เช่น ลำไส้ใหญ่อักเสบ หรือ ท้องเสีย

ตำแหน่งที่ปวดท้อง คือ

• โดยทั่วไปมักแบ่งตำแหน่งของช่องท้องได้เป็น 7 ส่วน คือ เมื่อใช้สะดือเป็นจุดศูนย์กลาง จะแบ่งช่องท้องเป็น ช่องท้องส่วนบน(ส่วนอยู่เหนือสะดือ) และช่องท้องส่วนล่าง (ส่วนอยู่ต่ำกว่าสะดือ) ซึ่งเมื่อร่วมกับการแบ่งช่องท้องตามยาว จากเส้นสมมุติกลางลำตัว ที่จะแบ่งช่องท้องเป็นซีกซ้าย และซีกขวา ดังนั้นเมื่อร่วมการแบ่งด้วยสะดือ และเส้นแบ่งกลางลำตัวเข้าด้วยกัน ช่องท้องจะแบ่งเป็น 4 ส่วน คือ ส่วนด้านซ้ายตอนบน ส่วนด้านซ้ายตอนล่าง ส่วนด้านขวาตอนบน และส่วนด้านขวาตอนล่าง และเพิ่มอีก 3 ส่วน คือ ส่วน หรือ บริเวณ ใต้ลิ้นปี่ หรือ ยอดอก(Epigastrium) บริเวณรอบสะดือ และบริเวณเหนือกระดูกหัวหน่าว(กระดูกตรงกลางด้านหน้า และอยู่ล่างสุดชองช่องท้อง) ซึ่งเมื่อมีอาการปวดท้องในตำแหน่งเหล่านี้ มักเป็นตัวชี้นำว่า น่ามีโรคของอวัยวะต่างๆที่อยู่ในตำแหน่งเหล่านี้
• เมื่อปวดท้องด้านซ้ายตอนบน (อวัยวะที่อยู่ในช่องท้องส่วนนี้ คือ กระเพาะอาหาร ม้าม ลำไส้ ตับอ่อน และไตซ้าย) โรคที่เป็นสาเหตุ อาจเป็น กระเพาะอาหาร ม้าม ลำไส้ที่อยู่ในส่วนด้านซ้ายตอนบน ตับอ่อน(ซึ่งอาการปวดมักร้าวไปด้านหลัง เพราะตับอ่อนอยู่ติดทางด้านหลัง) และไตซ้าย เช่น กระเพาะอาหารอักเสบ การบาดเจ็บของม้ามจากถูกกระแทก ตับอ่อนอักเสบ ลำไส้อักเสบ ไตอักเสบ หรือ นิ่วในไต
• เมื่อปวดท้องด้านซ้ายตอนล่าง (อวัยวะที่อยู่ในช่องท้องส่วนนี้ คือ ลำไส้ และในผู้หญิง จะมีปีกมดลูกซ้าย และรังไข่ซ้าย) โรคที่เป็นสาเหตุ อาจเกิดจากโรคของลำไส้ในส่วนด้านซ้ายตอนล่าง ปีกมดลูก และรังไข่ซ้าย เช่น ลำไส้อักเสบ ปีกมดลูก หรือ รังไข่ด้านซ้ายอักเสบ
• เมื่อปวดท้องด้านขวาตอนบน โรคอาจเกิดจาก ตับ ท่อน้ำดี ถุงน้ำดีลำไส้ส่วนที่อยู่ในช่องท้องด้านขวาตอนบน และไตขวา
• เมื่อปวดท้องด้านขวาตอนล่าง โรคอาจเกิดจาก ไส้ติ่ง ลำไส้ส่วนด้านขวาตอนล่าง ปีกมดลูก หรือ รังไข่ขวา
• เมื่อปวดท้องบริเวณใต้ลิ้นปี่ มักเกิดจากโรคกระเพาะอาหาร