血清與腦脊液：大約85%的MS患者腦脊液中可檢測到寡克隆帶，而在NMO患者中出現率僅15-35%。IgG合成指數NMO也同樣明顯低于MS。NMO急性期腦脊液白細胞數可超過50/mm3, 可有中性粒細胞，這種腦脊液改變在典型MS非常少見。近年來，免疫學研究又發現新證據顯示NMO與MS兩者之間明顯不同。
近年有關NMO研究領域的一個重要發現當屬Lennon等報道的NMO-IgG。作為NMO特異性的生物學標志物，該抗體診斷北美NMO的敏感性是73%，特異性是91%，診斷日本OSMS的敏感性是58%，特異性100%。NMO-IgG的靶抗原是水通道蛋白-4(AQP4)。AQP4是位于星型膠質細胞質膜上的一種整合蛋白，集中分布于血腦屏障星型膠質細胞足突部位，是目前第一個被發現的與人類中樞神經系統炎性脫髓鞘疾病有關的自身抗原。它在視神經和脊髓中含量豐富，整個腦中也有分布。AQP4是中樞神經系統含量最豐富的水通道蛋白，在維持腦內水平衡過程中起重要作用，與水中毒或局灶腦缺血后腦水腫形成有關。 Pittock等發現部分NMO患者腦部MRI異常信號主要位于下丘腦，偶爾也會延伸至圍繞三、四腦室旁的腦組織，而這些部位也正是AQP4富含區域。
脊髓核磁共振
NMO脊髓炎急性發作脊髓MRI會出現明顯異常。最顯著的特征是大多數病灶超過3個椎體長度，呈長T1和長T2信號改變，增強可見斑片狀強化，病變主要位于脊髓中央，受累節段可見脊髓腫脹。隨著時間推移，脊髓腫脹和強化變為持續髓內T2異常信號和/或脊髓萎縮。而典型MS病灶一般不超過1～2個椎體長度，軸位上顯示病灶局限，位于脊髓髓內偏外側。NMO視神經炎急性發作時，頭顱MRI可有受累視神經或視交叉腫脹和/或強化。
視覺誘發電位
多出現波形正常，時程明顯延長。