Chẩn đoán thiếu máu thiếu sắt được xác định khi có cả thiếu máu và thiếu sắt, sự có mặt này được xác định bằng cách đo nồng độ Ferritin hoặc một chỉ số khác về tình trạng sắt, như thụ thể Transferrin receptor huyết thanh [142].
Ferritin huyết thanh (SF) là chỉ số quan trọng, khá nhạy để đánh giá tình trạng sắt. Mức Ferritin trong huyết thanh phản ánh dự trữ sắt trong cơ thể. Ở người bình thường hàm lượng Ferritin huyết thanh là 70µg/L ở nam và 35µg/L ở nữ. Định lượng Ferritin là xét nghiệm có giá trị nhất vì hàm lượng Ferritin thấp phản ánh giai đoạn sớm của thiếu sắt và xét nghiệm này cũng đặc hiệu nhất cho thiếu sắt của cơ thể [19]. Nồng độ Ferritin bắt đầu giảm ngay tại giai đoạn đầu của thiếu máu nếu do thiếu sắt. Tuy nhiên, SF có thể tăng cao do ảnh hưởng của một số yếu tố, đặc biệt khi bị viêm nhiễm, nồng độ SF cao không có nghĩa là tình trạng sắt tốt. Để xác định nhiễm trùng cấp, người ta đo chỉ số CRP (protein phản ứng) và để xác định nhiễm trùng mạn, đo chỉ số APG (alpha-1 glucoprotein). Hiện nay ngưỡng của Ferritin trong máu chưa qui định rõ ràng, tuy nhiên SF<30 µg/L được coi là dự trữ sắt thấp, khi SF<15µg/Lđược coi là cạn kiệt dự trữ sắt. Một người có nồng độ SF <12 µg/L thì hầu như bị thiếu sắt [74], [144].
Chỉ số Ferritin huyết thanh (SF) và Hemoglobin (Hb) cũng được sử dụng để chẩn đoán thiếu sắt:
Nếu cả hai chỉ số đều giảm là thiếu máu do thiếu sắt SF giảm và Hb bình thường là có nguy cơ thiếu sắt
SF bình thường và Hb giảm là thiếu máu không do thiếu sắt
Khi thiếu sắt, Protoporphyrin không tham gia tạo Hem nên hàm lượng Protoporphyrin tự do của hồng cầu lên cao hơn 70 µg/L, vì vậy cũng có thể dùng chỉ số Protoporphyrin hồng cầu (PP) và Hb để chẩn đoán thiếu sắt.
Cả hai bình thường: không thiếu máu do thiếu sắt PP tăng + Hb bình thường: thiếu sắt hoặc nhiễm trùng.
PP bình thường + Hb giảm: thiếu máu không do thiếu sắt, cần xác định nguyên nhân [101], [123], [124].
Transferrin receptor huyết thanh (TfR): Trong khoảng 10 năm gần đây, chỉ số TfR được sử dụng nhiều để xác định tỉ lệ thiếu máu thiếu sắt, nhất là trong trường hợp các bệnh nhiễm trùng, khi chỉ số SF tăng nhiều nhưng nồng độ TfR lại ít bị ảnh hưởng. TfR là một phần của các thụ thể gắn Transferrin trên bề mặt tế bào (chủ yếu là tế bào hồng cầu). Sau khi thực hiện nhiệm vụ đưa sắt vào trong tế bào, các thụ thể được lưu thông trong máu và có phản ứng rất sớm với thiếu sắt. Nồng độ TfR tăng ở giai đoạn hai của thiếu máu sau khi dự trữ sắt bị cạn kiệt và giảm xuống khi tình trạng sắt được cải thiện. Chỉ số TfR phản ánh tình trạng thiếu sắt ở mô và ít nhạy so với SF nhưng lại nhạy hơn Hb. Điều thuận lợi của chỉ số TfR so với SF là TfR ít bị thay đổi khi cơ thể bị nhiễm trùng, ít thay đổi theo giới, tuổi và tình trạng sinh lý. Hiện nay, vẫn chưa có một ngưỡng chuẩn thống nhất cho TfR trên toàn thế giới, tuy nhiên ngưỡng >8,0mg/l (ở người lớn) thường được sử dụng để xác định tình trạng thiếu máu thiếu sắt [110].