ATLLを疑う臨床症状や検査所見が認められる場合には、抗体検査により抗HTLV-1抗体の有無を確認する。 ATLL患者では、flower cellと呼ばれる特徴的な核分葉や核の切れ込みを示す白血病細胞が末梢血中に出現することが多く、細胞・組織学的診断の大きな指標となる1)。
ATLLの診断では、血清抗HTLV-1抗体が陽性であることを確認する。検査法としてはスクリーニング法（粒子凝集[PA]法、化学発光法）と確認法（ウエスタンブロット[WB]法）がある。 スクリーニング法では疑陽性がみられるため、陽性の場合には確認法で再検査することが望ましい。妊婦健診などでHTLV-1感染の有無を調べる際には、確認法での再検査が必須である2)。
ATLLでは、花弁状の核をもつ異常リンパ球（flower cell）や、核に切れ込みのある異常リンパ球が末梢血中に認められる1)。リンパ節病変では、中型の核や大型の核を中心に、多形性に富む不規則な核をもつ異型細胞がびまん性に増殖する1)。これらの腫瘍細胞が末梢性T細胞の表面形質を有することを確認する。ATLLの腫瘍細胞の表面では、CD3、CD4、CD25、CCR4、FOXP3の発現が認められる3)4)5)。腫瘍細胞において多数確認されるケモカイン受容体のうち、CCR4は90％以上で発現し、ATLL患者の予後不良因子である6)。
ATLLの確定診断には、遺伝子検査による腫瘍細胞へのHTLV-1プロウイルスDNAのモノクローナルな組み込みを証明することが必要である。検査にはサザンブロット法を用いる（保険適用外）。 抗HTLV-1抗体陽性のT細胞リンパ腫患者の一部に、発がんにHTLV-1が関与していないATLL以外のPTCL患者が存在するため、鑑別が必要である。実際、抗HTLV-1抗体陽性のT細胞リンパ腫患者の約20％にHTLV-1プロウイルスDNAのモノクローナルな組み込みが認められなかったことが報告されている7)。
ATLLは臨床病態の特徴から、「くすぶり型」「慢性型」「リンパ腫型」「急性型」の4病型に分類される3)。2000年代に実施された調査では、患者割合はそれぞれ10％、12％、22％、56％であった8)。 急性型、リンパ腫型、予後不良因子＊を有する慢性型ATLLは急速な経過を辿ることが多く、アグレッシブATLLと呼ばれる。一方、くすぶり型および予後不良因子を有さない慢性型ATLLは比較的緩徐な経過を辿ることから、インドレントATLLと呼ばれる（それぞれの予後については「ATLLの病態と予後」を参照）。
＊ LDHが施設正常上限を超える、アルブミンが施設正常下限未満、BUNが施設正常上限を超える、のいずれか1つでも有する
・くすぶり型：末梢血リンパ球数は4,000/μL未満で、異常細胞は5％以上。しばしば皮膚病変や肺病変を伴う。高カルシウム血症はない3)。
・慢性型：末梢血リンパ球数は4,000/μL以上で、異常リンパ球が出現している。高カルシウム血症はない3)。
・リンパ腫型：末梢血に異常細胞はほとんどみられず、リンパ節腫脹をきたす。ときに高カルシウム血症を認める3)。
・急性型：多くは白血化したタイプ。臨床症状は多彩で、リンパ節腫脹、皮疹、肝脾腫が多い。呼吸器症状、胸水、腹水、肝機能障害、下痢がみられ、日和見感染症の合併も多い。ときに高カルシウム血症を認める。血球減少はまれである3)。