复合式压缩机是一种复杂的机械设备，其状态监视和故障诊断的技术手段和方法也很多。通常采用根据二次诊断信息间接地判断其中主要部件的状态变化的在线间接诊断方法。常见的方法有：直观检测、热性能参数监测、振动噪声监测、润滑油液分析、专家系统和神经网络等。   
(1)直观的检查

复合式压缩机操作员只是用耳朵听，看，根据经验判断设备的故障。随着机械设备向高度自动化的方向发展，该方法不能满足目前复合式压缩机故障诊断的要求。
(2)热性能参数的监测

测量热性能参数，在此基础上判断复合式压缩机的状态，诊断故障的研究。一般来说，用仪表监视压缩机的油温、水温、排气量、排气压力、冷却水量等，为查找相关部件的故障提供有用的信息。

该方法缺乏故障点的正确性和预测性，因此目前主要用于监视工艺参数和压缩机的运行状态。
(3)振动噪声监测

振动监测诊断了复合式压缩机的故障，在实验室取得了很多研究成果。利用机械表面的振动信号诊断活塞和气缸的磨损、气阀的漏气和主轴承的状态。在气缸盖上安装振动传感器，通过分析振动信号来诊断缸内故障。

利用振动信号诊断复合式压缩机的主轴承故障利用润滑油管路内的压力波信号诊断复合式压缩机的轴承故障等。但是，由于背景噪声大，往复式机械的外壳变化引起的信号非平稳性和性能可靠性高的传感器不足等理由，至今没有被广泛利用。