Wanneer een patiënt met maagklachten zich op het spreekuur van de (huis)arts meldt, staan verschillende methoden ter beschikking waarmee de oorzaak van deze klachten kan worden opgespoord of aannemelijk gemaakt. Meestal zal de arts op grond van het gesprek met de patiënt (anamnese) en de bevindingen bij het lichamelijk onderzoek voldoende informatie hebben gekregen om een waarschijnlijkheidsdiagnose te stellen. Hierna zal een behandeling of een advies kunnen volgen. Bij een klein deel van de patiënten zal meer uitgebreide diagnostiek nodig zijn. Hierbij gaat het vooral om laboratoriumonderzoek en beeldvormend onderzoek. Al deze onderzoeken kunnen door de huisarts zelf worden aangevraagd. Een andere mogelijkheid is verwijzing naar een gastro-enteroloog (maag- en darmspecialist) of internist.

De allerbelangrijkste van deze methoden is de anamnese. De anamnese is het gesprek waarin de arts probeert het klachtenpatroon van de patiënt zo volledig mogelijk te leren kennen. Zeker voor de huisarts, maar ook voor de specialist vormt de anamnese de hoeksteen van de hantering van maagklachten.
De aard van de maagklachten geeft een aanwijzing in welke richting de oorzaak moet worden gezocht. Wanneer de patiënt bijvoorbeeld klaagt over heftige pijn die op een scherp omschreven plaats zit en vertelt dat deze pijn minder wordt na eten of drinken van melk, is er waarschijnlijk sprake van een maagzweer of twaalfvingerige-darmzweer. Wanneer er geen pijn is maar er vooral klachten van zuurbranden en zure oprispingen zijn, is het waarschijnlijker dat het om terugstromend maagzuur (refluxziekte) gaat. Wanneer de klachten vooral bestaan uit een vol gevoel en misselijkheid moet vooral worden gedacht aan een bewegingsstoornis van de maag. De arts zal altijd vragen hoe lang de klachten al bestaan en of ze in het verleden vaker zijn voorgekomen. Uiteraard zal de arts ook vragen naar de aanwezigheid van alarmsymptomen zoals vermagering, bloedbraken en zwarte ontlasting.

De tweede belangrijke onderzoeksmethode is het lichamelijk onderzoek. De arts kan door beluisteren, bekloppen en bevoelen van de buik en borst veel te weten komen over de toestand van organen als het hart, de longen, de lever, de maag, de alvleesklier en de dikke darm. Bovendien zal de arts bij het lichamelijk onderzoek aanwijzingen kunnen krijgen voor het bestaan van bloedarmoede of geelzucht.

Bij laboratoriumonderzoek kan men in de eerste plaats denken aan onderzoek van bloed of ontlasting. In het geval van maagklachten gaat het bij bloedonderzoek vooral om onderzoek naar bloedarmoede, leverfunctiestoornissen, en op afwijkingen van de alvleesklier. De ontlasting kan onderzocht worden op bloedsporen.

De drie belangrijkste vormen van beeldvormend onderzoek zijn gastroscopie, röntgenonderzoek en echografie.
Bij een gastroscopie worden met behulp van een flexibele kijker die via de mond wordt ingebracht, de slokdarm, maag en het begin van de dunne darm bekeken. Deze kijker is door middel van knoppen aan de buitenkant bestuurbaar zodat de bochten in het maagdarmkanaal kunnen worden gevolgd. Voor het onderzoek dient de patiënt nuchter te zijn: hij mag vanaf de avond voorafgaand aan het onderzoek niet meer eten. In de meeste Nederlandse ziekenhuizen wordt het onderzoek als regel zonder verdere voorbereiding uitgevoerd; dit betekent dat er geen kalmerende of pijnstillende medicijnen worden gegeven en er wordt geen keelverdoving toegepast. Wanneer de patiënt echter erg angstig is, of wanneer een bijzonder langdurig of onaangenaam onderzoek te verwachten is, zal door injectie van een kortwerkend slaapmiddel in een ader een daling van het bewustzijn worden teweeggebracht. Wanneer de keel erg gevoelig is of de kokhalsreflex te heftig, kan door middel van sprayen van een lokaal verdovend middel de keel worden verdoofd. Vooral wanneer geen verdoving en geen sedatie wordt toegepast, is gastroscopie een zeer veilige onderzoeksmethode. Het onderzoek duurt ongeveer 10 minuten. Tijdens het onderzoek kunnen desgewenst ook stukjes slijmvlies (biopten) worden weggenomen. Deze stukjes slijmvlies worden meestal onder een microscoop onderzocht, in het pathologisch-anatomisch laboratorium. Soms worden biopten onderzocht op de aanwezigheid van bacteriën. Om de biopten te kunnen nemen wordt een klein tangetje via een kanaal in de endoscoop ingebracht. De patiënt voelt hier niets van.

Bij het röntgenonderzoek van de slokdarm en maag ('maagfoto') krijgt de patiënt een hoeveelheid bariumpap te drinken. Dit is nodig omdat de slokdarm en maag van zichzelf onvoldoende contrast hebben en niet door middel van röntgenstralen zijn vast te leggen. Hetzelfde geldt overigens voor de dikke darm. Door deze organen met bariumpap te vullen, wordt het contrast kunstmatig verhoogd, waardoor een afbeelding kan worden verkregen. Bij het maken van een maagfoto wordt vaak na de bariumpap ook nog een bruisend middel gegeven. Door dit middel wordt de maag met gas gevuld, waardoor betere foto's kunnen worden gemaakt. Het zal duidelijk zijn dat bij röntgenonderzoek de kleur van het slijmvlies niet kan worden beoordeeld. Verder kunnen kleinere afwijkingen over het hoofd worden gezien en is er niet de mogelijkheid biopten te nemen. Daarom verdient endoscopisch onderzoek van de slokdarm en maag in het algemeen de voorkeur boven röntgenonderzoek.

Echografisch onderzoek van de bovenbuik wordt vooral toegepast bij verdenking op het bestaan van galstenen, op leverziekten en op afwijkingen in de alvleesklier. Dit onderzoek maakt gebruik van onhoorbare geluidsgolven die tot op zekere diepte in het lichaam doordringen en in verschillende mate teruggekaatst worden door de verschillende weefsels. Met behulp van een tastkop die door de onderzoeker tegen de buikwand wordt aangehouden, kan in de buik worden rondgekeken. Voor het onderzoek van holle organen, die deels met lucht of gas zijn gevuld, zoals de maag en de darmen, is deze onderzoeksmethode minder geschikt. De slokdarm kan met echografie niet in beeld worden gebracht.

Het rendement van beeldvormend onderzoek is bij maagklachten relatief gering. In een groot gastroscopisch onderzoek bij 3.667 patiënten met ernstige maagklachten werd slechts bij 2% van de patiënten een kwaadaardige tumor van maag of slokdarm gevonden. Bij 19,9% was zweerziekte de oorzaak, bij 23,9% refluxziekte, bij 20,6% maagslijmvliesontsteking en bij 33,6% werden geen afwijkingen gevonden.

Overigens is het heel goed mogelijk dat laatstgenoemde patiënten wel degelijk tijdens het onderzoek refluxziekte (zonder oesofagitis), een maagmotoriekstoornis of een overgevoelige maag hadden. Een 'negatief' beeldvormend onderzoek sluit deze oorzaken absoluut niet uit. Wanneer dit onderzoek geen afwijkingen aan het licht brengt, kan men nog verschillende kanten op. Men kan in de aanwezigheid van klachten berusten in de wetenschap dat er geen gevaarlijke ziektes aanwezig zijn. Men kan er ook voor kiezen om verder onderzoek te laten verrichten (bijvoorbeeld een 24-uurs pH-meting of maagontledigingsonderzoek). Een derde mogelijkheid is om door middel van verdere proefbehandelingen met zuurremmers of prokinetica uit te zoeken of de klacht beïnvloedbaar is. Verwijzing naar een psycholoog of psychiater vindt meestal pas plaats als alles gefaald heeft, of als vanaf het begin af aan aannemelijk is dat psychische factoren een belangrijke rol spelen.

De maagontlediging kan worden onderzocht met behulp van een maaltijd waaraan een kleine hoeveelheid radioactiviteit is toegevoegd. De patiënt zit of ligt na het nuttigen van die maaltijd enige uren voor of onder een gammacamera. Dit is een camera die de gammastralen kan zien die door de maaltijden worden uitgezonden. Dit onderzoek wordt alleen in de grotere ziekenhuizen met een afdeling nucleaire geneeskunde verricht. Het zal als regel alleen worden aangevraagd door de specialist, in de moeilijkere gevallen. De hoeveelheid straling waaraan de patiënt wordt blootgesteld bij een maagontledigingsonderzoek is zeer gering, vergelijkbaar met de röntgenstraling die een röntgenfoto van hart en longen (thoraxfoto) met zich meebrengt.

De mate waarin maagzuur terugstroomt naar de slokdarm kan onderzocht worden met behulp van een zuurgraadmeting (pH-meting) van de slokdarm. Voor dit onderzoek wordt bij de patiënt een zuurgevoelige elektrode aan een dun slangetje via de neus ingebracht. Dit slangetje is verbonden met een kastje ter grootte van een walkman dat om het middel wordt gedragen. De patiënt gaat 24 uur naar huis met deze apparatuur. Na afloop van de meting kan worden vastgesteld hoe vaak en op welke momenten zuur terugstroomde naar de slokdarm. Ook kan worden vastgesteld of de momenten waarop de patiënt klachten (zoals zuurbranden) had, samenvielen met refluxepisoden.