診斷小腦萎縮，磁共振是首選，可以發現小腦萎縮，且還可觀察到時小腦半球萎縮、是蚓部變薄，還是整體小腦都萎縮。磁共振具有不可替代性，其他較多檢查均不如磁共振敏感，而磁共振做普通的平掃，T1項、T2項不夠，一般要做矢狀位的掃描，而我國多數醫院的磁共振均有矢狀位的掃描。矢狀位掃描可更清楚觀察到小腦幕以下的結構，不但可觀察到萎縮的小腦，還可同時觀察萎縮的程度是輕度萎縮、中度萎縮還是重度萎縮。腦干亦需觀察，因有不少小腦萎縮的患者，實際上是多系統萎縮。腦干的萎縮在矢狀位上，做磁共振可明顯觀察到有無十字征，腦橋有無前后徑變窄，配合小腦溝回的增寬，對于早期的多系統萎縮，較有診斷價值。而做頭顱CT和血管成像，均不能夠明確發現小腦的萎縮。