对怀疑诊断的患者，普通的X线检查是首选的，包括颈椎正位片、开口位片和侧方伸、屈位片，但由于患者就诊时常有颈部僵硬甚至强迫体位，标准、清晰的X线片有时难以一次获得。在初次X线检查没有显示清晰的解剖关系或明确的骨折征象，而临床仍有怀疑时，两张开口位片和两张枕颈部侧位片应视为常规检查，以明确诊断。但由于颈枕部骨质重叠较多，当齿状突骨折不伴移位时，偶尔普通的X线检查会出现阴性结果，故在下述情况时，需拍摄矢状面和冠状面的断层片：（1）临床怀疑齿状突骨折但普通X线片显示阴性；（2）普通X线检查提示可疑骨折征象，这是最常见的指征；（3）明确的齿状突骨折，但怀疑邻近存在伴随的骨折。
X线片显示的齿状突骨折主要是骨质中断、移位和成角，最可靠的指征是移位，有时开口位片上齿状突侧方成角是唯一的征象。一个高质量的侧位片在齿状突骨折的诊断中是必需的，因齿状突骨折常伴有前后移位和成角，且移位方向的信息对治疗有指导意义。但偶尔齿状突解剖突异，出现向后倾斜，应避免误诊为骨折。间接征象如椎前软组织阴影的价值可能仅局限于损伤的定位，且有时椎前软组织是正常的，特别是伤后立即检查的情况。另一方面，有时头面部骨折，也可造成椎前软组织肿胀。断层片上显示齿状突骨折主要是骨皮质的中断和齿状突基底部的阴影，矢状面的断层片可显示齿状基底部的阴影，矢状面的断层片可显示齿状突骨折移位和成角，对诊断非常有价值。Harris等描述了矢状面投影上齿状基底部一个环形阴影，显示骨质中断，是Ⅲ型齿状突骨折的一个征象。
CT检查可清楚地显示骨折及移位的情况，尤其在患者强迫体位造成普通X线片上解剖结构显示不清时。MRI检查可清楚地显示骨折移位造成脊髓受压的情况及脊髓损伤的程度，还有邻近软组织损伤的情况。