La diagnosi precoce di gravidanza multipla può essere fatta con certezza solo mediante esame ecografico: un buon ecografista evidenzia più embrioni gia alla 5^ settimana di gestazione individuando il numero degli embrioni.

Invece, la diagnosi clinica è difficile e poco attendibile: l'utero avrà dimensioni superiori rispetto all'epoca gestazionale ma ciò può essere legato ad altre cause.

Altri segni obiettivi sono il senso di nausea e il vomito, l'eccessiva salivazione, i livelli ematici degli ormoni della gravidanza più alti.
Questi segni non sono però specifici e la sola certezza è la rilevazione di più battiti cardiaci con frequenza diversa.
Una volta accertata la gemellarità si provvede a determinare la zigosi (gemelli identici o fratelli), l'età gestazionale, l'integrità morfologica e genetica dei feti.

La determinazione dell'epoca gestazionale mediante l'ecografia riveste particolare importanza, in quanto il volume dell'utero, la crescita fetale e la durata della gravidanza, variabili intercorrelate che guidano la condotta ostetrica, oscillano entro ampi limiti, così da non costituire punti di riferimento precisi.

La diagnosi prenatale delle anomalie genetiche è importante quando la gravidanza gemellare compare in età avanzata, ma l'applicazione dell'amniocentesi presenta difficoltà maggiori; esami ematici come l'alfa teto proteina sono sono meno attendibili perché in questa specifica gravidanza risultano già maggiorati per la presenza di più feti e quindi la loro sensibilità e specificità quali indici di ritardo di crescita fetale o di morte endouterina risultano essere più basse.

La cardiotocografia segue le stesse regole della gravidanza singola ma ha delle limitazioni nel riconoscimento dei movimenti dei singoli feti.
In fase di travaglio spontaneo con sacchi perfettamente integri, o sacco integro, è inutile fare un monitoraggio continuo che comporta solo stress della donna.
Basta la rilevazione del battito ad intervalli regolari.

Maggiore interesse riveste l'applicazione della flussimetria doppler delle arterie ombelicali; infatti l'iposviluppo fetale più che da una serie di misurazioni dei diametri falsati dalla posizione dei feti, risulta contrassegnato da una diminuzione del flusso e da un aumento delle resistenze arteriose già verificabile dalla 20 settimana: pertanto è possibile attraverso il confronto dei dati relativi a ciascun gemello individuare quale dei due potrà andare incontro ad un ritardo di crescita.