Neuroblastomzellen produzieren häufig Botenstoffe des sympathischen Nervensystems (Katecholamine). Katecholamin-Abbauprodukte können im Urin nachgewiesen werden und als Tumormarker für die Diagnosestellung herangezogen werden. Darüber hinaus werden für die Diagnose bildgebende Verfahren, wie Ultraschall, Magnetresonanztomographie und MIBG-Szintigraphie eingesetzt. Eine feingewebliche Untersuchung einer Gewebeprobe ist auch bei charakteristischen Befunden immer erforderlich, um molekulargenetische Untersuchungen durchzuführen, die Rückschlüsse auf die Bösartigkeit des Tumors erlauben.