Rozmowa z pacjentem i podstawowe badanie fizykalne umożliwiają lekarzowi wyciągnięcie bardzo wielu wniosków dotyczących dalszego postępowania oraz stanu chorego: obrzęków, zastoju wody w płucach, częstotliwości rytmu serca i zaburzeń rytmu oraz wielu innych aspektów. Jednak wywiad i badanie fizykalne nie pozwalają na ostateczne rozpoznanie niewydolności serca. Jest to możliwe dopiero po wykazaniu w badaniach obrazowych (np. badaniu echokardiograficznym), że serce jest uszkodzone. 

Pomiaru ciśnienia tętniczego dokonuje się w pozycji siedzącej, po co najmniej 3-minutowym odpoczynku. 30 minut przed badaniem nie wolno pić alkoholu i napojów zawierających kofeinę. Należy zdjąć koszulę lub inne części garderoby uciskające ramię. Ciśnienie mierzymy na ręce, którą rzadziej się posługujemy lub – jeżeli występuje istotna różnica wartości mierzonych na obu ramionach - po stronie, gdzie ciśnienie jest zwykle wyższe. Mankiet aparatu zakładamy tak, aby kończył się 2-3 centymetry powyżej zgięcia łokciowego. Specjalny znak namalowany na mankiecie powinien być na przedłużeniu dołu łokciowego. Mankiet nie może być założony ani zbyt ciasno, ani za luźno. Przedramię opieramy swobodnie na stole, nie zaciskamy ręki, nie rozmawiamy. Mankiet aparatu powinien być mniej więcej na wysokości serca. Wciskamy na aparacie przycisk oznaczający  START. Czekamy, aż zakończy się pomiar i na wyświetlaczu pojawi się wynik. Zapisujemy w dzienniczku datę pomiaru, godzinę, wartości ciśnienia skurczowego, rozkurczowego i tętna.

Pomiaru tętna dokonujemy w pozycji siedzącej, zrelaksowani, po co najmniej 5-minutowym odpoczynku. Należy przyłożyć trzy palce wzdłuż przebiegu tętnicy promieniowej, na wewnętrznej stronie nadgarstka, w przedłużeniu kciuka. Ucisk trzeba dostosować tak, żeby wyczuć pulsowanie. Błędne jest przyłożenie pojedynczego palca, a także próba wyczucia tętna po przeciwnej stronie nadgarstka. Patrzymy na zegarek z sekundnikiem i liczymy ile uderzeń tętna wyczujemy w ciągu 30 sekund. Następnie wynik mnożymy przez dwa – otrzymujemy liczbę uderzeń serca na minutę. Wynik zapisujemy w dzienniczku.

Podczas pomiaru zwracamy także uwagę, czy tętno jest miarowe. Przerwy pomiędzy uderzeniami powinny być takie same. Wartość częstości rytmu możemy także odczytać z ciśnieniomierza, ale pomiar ten może być zafałszowany i warto go skontrolować.

Badanie pulsu jest także możliwe na tętnicy szyjnej, ale jednak zbyt mocny ucisk może spowodować spadek ciśnienia lub znaczne zwolnienie pracy serca i omdlenie. Rytm serca można także usłyszeć po przyłożeniu słuchawek lekarskich do serca.

W trakcie leczenia niewydolności serca przeprowadza się różne badania krwi. O zakresie badań i częstości ich powtarzania decyduje lekarz prowadzący leczenie, w zależności od stanu chorego i rodzaju zażywanych leków. Jednym z najczęstszych badań jest oznaczenie stężenia potasu, od którego zależy dawkowanie tabletek lub kapsułek uzupełniających potas.

EKG to zapis czynności elektrycznej serca rejestrowany z powierzchni ciała pacjenta.

U wszystkich chorych wykonuje się klasyczny, pełny zapis EKG, podczas większości wizyt kontrolnych. U niektórych chorych wykonuje się dodatkowo 24-godzinne monitorowanie EKG metodą Holtera. W tym przypadku specjalny aparat rejestruje zapis EKG przez całą dobę. Zapis taki jest następnie analizowany komputerowo przez technika lub lekarza. W badaniu holterowskim można wykryć zaburzenia rytmu serca, których nie udało się uchwycić w klasycznym, krótkotrwałym badaniu EKG.

Echokardiografia, czyli USG serca, jest badaniem w którym ogląda się serce za pomocą odbitych fal ultradźwiękowych. Lekarz podczas badania ocenia wielkość jam serca, kurczliwość mięśnia sercowego, przepływ krwi przez zastawki, wylicza ciśnienia i wiele innych parametrów, za pomocą których można analizować pracę serca. Echokardiografia pomaga wykryć przyczynę niewydolności serca, ocenić nasilenie choroby i oceniać postępy leczenia. U chorych, u których niewydolność serca spowodowana jest wadą zastawki, echokardiografia jest podstawowym badaniem przed kwalifikacją do operacji serca.

Rzadziej wykorzystywanymi odmianami tego badania jest echokardiografia obciążeniowa umożliwiająca ocenę serca podczas wysiłku, a także echokardiografia przezprzełykowa pozwala ocenić dokładniej wybrane części serca dzięki specjalnej sondzie wprowadzonej do przełyku.

Zdjęcie rentgenowskie klatki piersiowej pozwala lekarzom na ocenę ciężkości niewydolności serca, stanu płuc, wielkości serca, a także postępów w leczeniu. 

Choroba wieńcowa jest jedną z najczęstszych przyczyn niewydolności serca.

Koronarografia to badanie, w którym ocenia się drożność naczyń wieńcowych odżywiających mięsień serca. Cewnik wprowadzony poprzez nakłucie tętnicy w nadgarstku lub pachwinie wprowadza się do aorty, dzięki czemu możliwe jest wstrzyknięcie do naczyń wieńcowych kontrastu. Następnie ogląda się ich wypełnienie pod lampą rentgenowską. Jeżeli lekarze podczas badania znajdą istotne zwężenia tętnic wieńcowych, zazwyczaj poszerzają je specjalnymi balonami i zakładają stenty zapobiegające zamykaniu się naczyń. W skomplikowanych przypadkach pacjenta kwalifikuje się do operacji pomostowania aortalno-wieńcowego (tzw. bajpasów). 

Test 6-minutowego marszu to prosta i bardzo dobra ocena tolerancji wysiłku fizycznego. Przeprowadza się go zazwyczaj na korytarzu o długości ok. 30 metrów. W trakcie badania pacjent stara się w czasie 6 minut pokonać największy możliwy dystans. Może dowolnie przyśpieszać lub zwalniać tempo, w zależności od swoich możliwości. Wynikiem jest wyrażona w metrach droga, którą udało mu się przebyć w ciągu 6 minut.

Spiroergometria to specjalny rodzaj testu wysiłkowego, dzięki któremu można dokładnie zmierzyć wydolność układu krążenia i układu oddechowego. Podczas badania na bieżni pacjent ma założoną szczelną maskę na twarz. Oddycha powietrzem, które poddaje się analizie - mierzy ilość pochłoniętego tlenu. Równocześnie oceniane są parametry oddechowe i zapis elektrokardiograficzny pracy serca. Spiroergometria pomaga ustalić wydolność wysiłkową i zróżnicować przyczyny ograniczenia tolerancji wysiłku fizycznego. Jest szczególnie przydatna u chorych z ciężką niewydolnością serca.

W wybranych sytuacjach stosuje się inne metody diagnostyczne takie jak tomografia komputerowa, rezonans magnetyczny serca, scyntygrafia serca i inne. Uzupełniają one wymienione wcześniej badania.