편두통은 대개는 간헐적이면서 만성적인 경과를 보이나 그렇지 않은 경우도 상당수 있으며, 증상은 환자마다 천차만별이다. 그만큼 진단이 어려울 수도 있으므로 편두통을 악화시키는 요인이 있는지, 머릿속에 다른 원인적 질환이 있는지 놓치지 않는 감별진단이 중요하다. 환자의 병력을 물어보는 문진이 물론 중요하고 머리 MRI/MRA 검사, 혈액검사, 간단한 심리검사, 과거 약 복용 이력(부작용 포함) 등도 중요하다.
머리 MRI 검사는 뇌 및 뇌 주변 해부학적 구조물들을 자세히 보는 것이고 MRA는 오로지 뇌혈관만 촬영하는 영상의학적 검사다. 이런 MRI/MRA 검사는 두통을 유발할 수 있는 동맥류, 혈관 박리, 혈관수축, 뇌종양, 뇌출혈. 부비동염, 뇌압저하, 뇌기형 등 수많은 질병을 정확히 진단하므로 감별진단에 상당히 중요하다.