Omdat chronisch vermoeidheidssyndroom een beschrijving is van klachten, kan het zo zijn dat eveneens niet-ME-patiënten aan deze voorwaarden voldoen. Verder medisch onderzoek is om die reden altijd gewenst. De diagnose van Chronisch vermoeidheidssyndroom gebeurt met name door uitsluiting.
Bij Chronisch vermoeidheidssyndroom is er in alle gevallen sprake van de volgende symptomen: er treden uitputtingsverschijnselen op wanneer men zich inspant. Deze uitputting vraagt echter minstens 24 tot 48 uur om te herstellen. Een dergelijke inspanningsintolerantie zal zich uiten in klachten van pijn, krachtverlies, malaise en duizeligheid. Verschillende neurologische klachten komen voor zoals bijvoorbeeld geheugen- en concentratieproblemen.
Personen met chronisch vermoeidheidssyndroom ervaren een invaliderende, op inspanning volgende fysieke en mentale vermoeidheid, griepachtige malaise, spierpijn, abnormale uitputting welke niet zal verdwijnen door slaap, en overige symptomen waaronder het verlies van concentratie en een vermindert korte termijn geheugen, dyslexie, slaapstoornissen, balansverstoring, gevoeligheid voor licht en lawaai maar eveneens alcoholintolerantie, stemmingswisselingen, maag- en zichtproblemen. Deze symptomen sterk wisselen en fluctueren.
De symptomen zijn uitgewerkt in verschillende series van voorwaarden. De meest bekende daarvan, en het meest gebruikt, zijn de zogeheten CDC-criteria uit het jaar 1994. Het meest belangrijke criterium is een klinisch geëvalueerde vermoeidheid die constant aanwezig is of telkens terugkeert, onverklaarbaar is, een duidelijk begin heeft of nieuw is en niet minder wordt door rust. Verder is de vermoeidheid niet het gevolg van een constante belasting en zal er een flinke afname plaatsvinden van het niveau van de activiteiten van voorheen op werk-, sociale- en persoonlijk gebied. Daarnaast kan het voorkomen dat er nog andere symptomen zich zullen openbaren. Deze moeten allemaal voor een half jaar aanhouden.