Die gewissenhafte körperliche Untersuchung trägt in der Neurologie maßgeblich zur korrekten Stellung der Diagnose bei. Da die Nerven im gesamten Körper verlaufen, können bei einer neurologischen Erkrankung an unterschiedlichen Körperregionen Auffälligkeiten auftreten. Bei der neurologischen Untersuchung können diese entdeckt werden, obgleich sie vom Patient*innen möglicherweise gar nicht bemerkt oder bislang nicht mit den geschilderten Beschwerden in Zusammenhang gebracht wurden. Untersucht wird die Funktion der Hirnnerven, die Sensibilität, die Reflexe, die Koordination und die Motorik (Bewegungsfähigkeit). Aus den Ergebnissen kann der Neurologe Schlüsse ziehen von welcher Körperregion die Beschwerden ausgehen und eine Verdachtsdiagnose stellen. Auf dieser Grundlage werden dann – wenn erforderlich – weitere, meist technische Untersuchungen geplant.

Die Duplexsonographie der Halsgefäße ist eine Ultraschalluntersuchung der Halsarterien, durch die die Gefäße bildlich dargestellt und gleichzeitig der Blutfluss gemessen werden kann.
Da ein Teil der Schlaganfälle durch eine Gefäßverkalkung (Arteriosklerose) der Halsgefäße verursacht wird, ermöglicht diese Untersuchung die Einschätzung des Risikos einen Schlaganfall durch Verschluss einer Halsarterie oder durch die Ablösung eines Teils des Blutgerinnsels zu erleiden.
Bei einer Arteriosklerose der Halsgefäße werden meist regelmäßige Kontrollen durchgeführt, um eine Verschlechterung rechtzeitig zu erfassen und ggf. eine Operation zu veranlassen.
Die Untersuchung findet mit leicht überstrecktem Hals in Rückenlage statt, ist schmerzlos und verursacht keine Schäden.

Bei dieser Untersuchungsmethode wird die motorische und sensible Leitfähigkeit der Nerven in den Armen und Beinen untersucht. Hierzu werden die Nerven mit kurzen Stromimpulsen gereizt, die etwas unangenehm, aber nicht gefährlich sind. Mit Hilfe von Klebeelektroden wird das erzeugte Antwortpotential abgegriffen und kann im Computer als Kurve dargestellt werden. Bei der Ableitung der motorischen Nervenleitgeschwindigkeit wird die Klebeelektrode über einem Muskel angebracht, bei Ableitung der sensiblen Nervenleitgeschwindigkeit über einem bestimmten Hautareal. Die im Computer dargestellte Kurve gibt Aufschluss, ob ein Nerv erkrankt ist und liefert Hinweise auf die Lokalisation und auf mögliche Ursachen der Schädigung. Sehr häufig wird diese Methode zum Nachweis eines Karpaltunnelsyndroms angewandt.

Bei der Elektromyographie wird die elektrische Aktivität im Muskel untersucht. Hierzu wird eine sehr dünne Nadelelektrode, die mit einem Computer verbunden ist, in den Muskel eingestochen. Über diese Nadelelektrode werden elektrische Erregungen, die Muskelsummenaktionspotentiale abgeleitet und aufgezeichnet. Diese Methode wird angewandt, um Erkrankungen der Muskulatur oder der Nerven, die den Muskel versorgen, nachzuweisen. Es kann das Ausmaß und die Dauer der Schädigung beurteilt sowie die Möglichkeit der Gesundung des Nervs eingeschätzt werden.

Die visuell evozierten Potentiale werden gemessen, um Erkrankungen des Sehnervs und der Sehbahn nachzuweisen. Die Patient*innen blicken auf einen Monitor, auf dem ein Schachbrettmuster regelmäßig die hellen und dunklen Felder wechselt. Hierdurch wird über das Auge ein Reiz erzeugt, der über der Sehrinde (Teil des Gehirns am Hinterkopf) abgeleitet wird. Die gewonnene Kurve gibt Aufschluss über eine Erkrankung der Sehbahn, wie sie häufig im Rahmen der Multiplen Sklerose bei der Retrobulbärneuritis vorkommt.
Um die sensibel evozierten Potentiale abzuleiten, erfolgt ein Stromreiz an den Nerven der Arme oder Beine, der etwas unangenehm, aber nicht schädlich ist. Die Ableitung erfolgt mit Klebeelektroden auf der Kopfhaut. Hierdurch kann eine Schädigung im Verlauf des Nervs von den Extremitäten über das Rückenmark bis zum Gehirn nachgewiesen werden. Diese Untersuchung wird häufig bei der Multiplen Sklerose eingesetzt

Bei der Elektroenzephalographie wird die elektrische Aktivität des Gehirns (die Hirnströme) an der Kopfhaut gemessen. Mit Hilfe einer netzartigen Gummihaube werden über bestimmten Gebieten des Gehirns Elektroden befestigt, über die die elektrischen Ströme (Potentiale) etwa 20 Minuten lang abgeleitet und aufgezeichnet werden. Die hierdurch entstandene Kurve kann im Anschluss ausgewertet werden und gibt Aufschluss über die Funktion des Gehirns. Die Methode wird zur Diagnostik von Krampfanfällen eingesetzt und findet auch bei anderen Erkrankungen, z.B. der Demenz Anwendung. Die Untersuchung ist nicht schmerzhaft. Um eine möglichst aussagekräftige Kurve zu erzielen, sollten die Haare idealerweise gewaschen und nicht mit Pflegeprodukten (Gel, Haarspray etc) behandelt sein.

Die Durchführung psychometrischer Tests dient der Einschätzung der Gedächtnisleistung (Hirnleistungsdiagnostik). Durch unterschiedliche Tests werden verschiedene Teilbereiche (z.B. Orientierung, Merkfähigkeit, Denkfähigkeit etc.) des Gedächtnisses untersucht.
Diese Tests werden durchgeführt, wenn Patient*innen oder Angehörige eine Veränderung der Gedächtnisleistung beobachten. Bei Menschen mit einer Demenz-Erkrankung werden diese Tests in regelmäßigen Abständen wiederholt.