Durante la prima visita, che rappresenta un momento importante del procedimento diagnostico, avviene la raccolta dei dati relativi alla storia clinica del paziente e alle caratteristiche della cefalea. Viene compilata la scheda cefalee, una cartella clinica appositamente studiata per i casi di cefalea.

La diagnosi richiede che anzitutto si escluda che il paziente soffra di una cefalea "secondaria", cioè causata da patologie ben individuabili. Per questo, dopo l'anamnesi e la compilazione della cartella clinica, il percorso diagnostico prosegue con l’esecuzione di un esame neurologico ed eventualmente di altri accertamenti, quali ad esempio elettroencefalogramma, visita oculistica e otorinolaringoiatrica, esami del sangue, risonanza magnetica.

Una volta escluso si tratti di cefalea "secondaria", si dovrà individuare il tipo di cefalea "primaria" che affligge il paziente. Le principali forme di cefalea primaria sono: l'emicrania, la cefalea di tipo tensivo, la cefalea cronica quotidiana, la cefalea a grappolo. Ciascuna di queste richiede interventi terapeutici diversi. Soprattutto quando il paziente soffre di una cefalea disabilitante è importante definire anche quello che è il suo stato psicologico, in quanto può influenzare negativamente il decorso della cefalea.