齿轮故障诊断方法很多，如振动诊断、扭振分析、噪声分析、声发射、油样分析、温度及能耗检测等。这些方法大体可以分为两大类：一类是通过对齿轮运行中的动态信号的处理分析来诊断振动、噪声信号，由于这类方法具有便于记录、处理和不易受干扰等优点而被广泛采用；另一类是根据摩擦磨损理论，通过研究分析齿轮箱的温度和润滑油中的磨屑来诊断齿轮的状况。
振动和噪声信号是齿轮故障诊断特征信息，目前能够通过各种信号传感器、放大器及其他故障诊断仪，很方便的测量出来。通过分析和处理，提取信号中的故障诊断特征信息，从而诊断出齿轮的故障。
油样分析技术的内容非常广泛，包括油品理论性能指标化验、以颗粒计数为代表的油样污染度评定以及油样铁谱和光谱分析技术等。理论上讲，这些有关油样的分析测试都可用作机械设备故障诊断的信息来源，生成实践中也确有这方面的应用。