1、急性动脉血栓形成
常在动脉硬化性闭塞的基础上发生。具有与急性动脉栓塞相似的“5P”征，但由于有慢性缺血伴侧支循环建立，因而患肢坏死率较低。本病病史中有动脉硬化性闭塞的慢性缺血表现，如间歇性跛行、静息痛等。
2、主动脉夹层
也可引起急性下肢缺血，但常伴有胸痛或后背痛，有高血压或Marfan综合征病史。
3、股青肿
急性下肢深静脉血栓形成合并压迫动脉或者动脉痉挛时也会出现与急性动脉栓塞相似的患肢剧痛、发冷、苍白、肢体远端动脉搏动减弱消失等症状体征，但患肢缺血多在12～24h后改善。本病还有急性动脉栓塞所缺乏的患肢肿胀、浅静脉曲张等体征。
4、动脉痉挛
因手术刺激、外伤引起，扩血管药物治疗有效。
5、其他
需要鉴别的疾病还有腘动脉受压综合征、动脉外压性病变、肢体动脉外伤等。