脑脊液检查压力升高、外观清亮、白细胞数中度增高，多在0.4×109/L以下，以淋巴细胞为主，但早期也可多为中性粒细胞;由于脑组织病变的出血坏死性质，部分病例脑脊液含有较多的红细胞，可达(50～500)×106/L甚至更多;蛋白质轻至中度增高，糖含量正常或偏低。
免疫学检查可见血清中和抗体或补体结合抗体滴度逐渐增加到4倍以上;脑脊液的单纯疱疹病毒抗体滴度>1∶80，早晚期双份标本抗体滴度增加4倍以上。
病毒学检测是诊断本病的金标准。不过，在脑炎发病时，多数患者体表并不出现疱疹病损，脑脊液中亦往往难以检出病毒。虽然电镜下可在脑活检组织标本查见神经细胞核内包涵体及病毒颗粒;还可应用免疫组织化学技术检测出病毒抗原;但临床推行脑活检的难度较大;可应用PCR技术对脑脊液标本进行HSV DNA的检测，有助于早期诊断，但应注意其特异性问题。
脑电图异常，两侧可不对称，以一侧大脑半球明显;CT及MRI显示颞叶、额叶出血性坏死灶，或呈脑组织弥漫性病变。