齒輪故障診斷方法很多，如振動診斷、扭振分析、噪聲分析、聲發射、油樣分析、溫度及能耗檢測等。這些方法大體可以分為兩大類：一類是通過對齒輪運行中的動態信號的處理分析來診斷振動、噪聲信號，由于這類方法具有便于記錄、處理和不易受干擾等優點而被廣泛采用；另一類是根據摩擦磨損理論，通過研究分析齒輪箱的溫度和潤滑油中的磨屑來診斷齒輪的狀況。
振動和噪聲信號是齒輪故障診斷特征信息，目前能夠通過各種信號傳感器、放大器及其他故障診斷儀，很方便的測量出來。通過分析和處理，提取信號中的故障診斷特征信息，從而診斷出齒輪的故障。
油樣分析技術的內容非常廣泛，包括油品理論性能指標化驗、以顆粒計數為代表的油樣污染度評定以及油樣鐵譜和光譜分析技術等。理論上講，這些有關油樣的分析測試都可用作機械設備故障診斷的信息來源，生成實踐中也確有這方面的應用。