Il faut mettre en évidence le parasite (diagnostic de certitude) et établir la phase de la maladie (phase lymphaticosanguine ou méningoencéphalitique), ce qui oriente le traitement et permet d'apprécier son efficacité.
À l'hémogramme, il existe une anémie et une hyperleucocytose avec une monocytose et surtout une plasmocytose constituée de cellules de Mott, gros plasmocytes remplis de vacuoles.
Le protidogramme montre une hyperprotidémie avec une hypoalbuminémie et une hypergammaglobulinémie liée à une élévation considérable des IgM sériques (4 à 20 fois la normale). Seule une petite fraction de ces IgM sont des anticorps dirigés contre les parasites. En zone d'endémie, cette augmentation des IgM est un signe de forte présomption et incite à la répétition des examens parasitologiques.
Le contexte inflammatoire de la maladie peut également être objectivé par l'augmentation de la CRP.
Le trypanosome se recherche dans le sang, les ganglions, le liquide cérébrospinal. Exceptionnellement, il peut être mis en évidence dans le chancre d'inoculation.
L'examen de sang se fait à l'état frais entre lame et lamelle, avant coloration au MGG et après différentes techniques d'enrichissement, souvent nécessaires avec T. b. gambiense qui donne des parasitémies faibles :
Il repose sur la recherche d'anticorps spécifiques :
Le diagnostic de phase est capital pour permettre le choix du traitement et nécessite la réalisation d'une ponction lombaire. La présence de trypanosomes dans le liquide cérébrospinal (souvent après enrichissement par centrifugation) signe le passage en seconde phase. Une numération des leucocytes supérieure à 5/mm3 ou un taux d'IgM supérieur à 10 % de la protéinorachie doivent également faire craindre une atteinte méningoencéphalitique.
L'efficacité du traitement est évaluée sur le plan clinique et biologique sur la disparition des trypanosomes dans le sang et le liquide cérébrospinal et la normalisation des paramètres biochimiques. Le suivi doit être assuré tous les 6 mois sur une période de 2 ans.