Der Patient zeigt, abhängig vom vorliegenden Kompressionsmechanismus, neurologische und/oder vaskuläre Symptome. In vielen Fällen führt erst die jeweilige Komplikation zu richtungweisender Diagnostik.

Eine Irritation des Plexus führt zu Schmerzen, Dysästhesien und Muskelschwächen bis hin zu Lähmungen. Bei Kompression der Arterie kommt es vor allem bei Elevation des Armes zu Pulsverlust der A. radialis. Außerdem tritt Kältegefühl an der Hand bis hin zur Zyanose in Verbindung mit Kraftverlust auf.

Auf dem Boden einer Stenose kann es zu poststenotischer Aneurysmabildung mit Bildung von Thromben und davon ausgehend zu arteriellen Embolien kommen. Die Kompression der Vene führt zu venöser Stauungsproblematik mit Schweregefühl und Schmerzen bis hin zur Ausbildung einer akuten Axillarvenenthrombose. Lungenembolien sind dagegen äußerst selten.

Im Rahmen der Anamnese sind die typischen klinischen Symptome zu erfragen.

Die klinische Untersuchung alleine kann das Vorliegen eines TOS/TIS nicht beweisen, sondern lediglich die Verdachtsdiagnose erhärten; diese muß dann durch bildgebende Verfahren weiter abgeklärt werden

Eine konventionelle Röntgenaufnahme kann das Vorliegen von Halsrippen beweisen; häufig sind diese als Zufallsbefund auf Röntgenthoraxaufnahmen zu erkennen. Steht eine arterielle Symptomatik im Vordergrund, kann eine Angiographie in Neutralstellung und Provokationsstellung das TOS beweisen. Bei vorherrschender venöser Symptomatik oder Thromboseverdacht (TIS) sollte eine Phlebographie durchgeführt werden.

Im Bereich der nichtinvasiven bildgebenden Diagnostik kommt zunehmend die Doppler- oder Duplexsonographie zum Einsatz. Neue Magnetresonanztomographie-Techniken bieten bereits die Möglichkeit der Angiographie ohne Kontrastmittelgaben und werden sicher in Zukunft die diagnostischen Möglichkeiten weiter verbessern.