CT检查通常能初步判断是否存在脑血栓，但需结合其他检查进一步确诊。脑血栓的影像学诊断主要有CT平扫、CT血管造影、磁共振成像、数字减影血管造影、实验室检查等方式。
CT平扫是脑血栓筛查的常用手段，发病早期可能显示脑组织密度减低或血管高密度征。发病24小时后多数病例可见低密度梗死灶，但小血管闭塞或脑干病变可能显示不清。CT血管造影能清晰显示血管狭窄或闭塞位置，但对微小血栓敏感度有限。磁共振弥散加权成像对超急性期脑血栓敏感度超过90%，可检测发病2小时内的病灶。数字减影血管造影是诊断金标准，但属于有创检查，通常用于介入治疗前评估。
部分特殊类型脑血栓可能被CT漏诊，如腔隙性梗死灶直径小于15毫米时，常规CT分辨率不足。后颅窝区域因骨伪影干扰，小脑和脑干血栓检出率降低。发病6小时内的超急性期血栓，CT阳性率仅有约60%。合并微量出血的脑血栓，CT可能无法与单纯缺血灶区分。少数基底动脉尖综合征患者早期CT表现不典型。
怀疑脑血栓时应首选急诊CT排除脑出血，发病24小时内需复查CT观察病灶演变。配合血压监测、血脂血糖检测等实验室检查，避免剧烈活动，保持呼吸道通畅。急性期过后应在医生指导下进行康复训练，控制高血压糖尿病等基础疾病，调整低盐低脂饮食，定期复查脑血管状况。