หน่วยตรวจวินิจฉัยทางการแพทย์ จัดตั้งขึ้นปี พ.ศ.2549 เพื่อให้บริการตรวจวินิจฉัยทั้งผู้ป่วยในและผู้ป่วยนอกด้วยเครื่องมือพิเศษอย่างมีคุณภาพ ได้ผลการตรวจวินิจฉัยที่ถูกต้อง ได้มาตรฐาน และผู้รับผลการตรวจมีความพึงพอใจ ในปัจจุบันหน่วยตรวจวินิจฉัยทางการแพทย์ได้มีการขยายการบริการที่เพิ่มมากขึ้นและได้ยกระดับจาก หน่วยตรวจวินิจฉัยทางการแพทย์ เป็น งานตรวจวินิจฉัยทางการแพทย์ในปี พ.ศ.2562 ซึ่งให้บริการตรวจวินิจฉัยโดยการทำหัตถการด้วยเครื่องมือพิเศษหลายชนิดแบ่งออกเป็น 4 กลุ่ม ดังนี้

               1. การตรวจวินิจฉัยความผิดปกติขณะนอนหลับ (Sleep disorder Diagnostic)
               2. การตรวจวินิจฉัยทางระบบทางเดินหายใจ (Pulmonary Diagnostics)
               3. การตรวจวินิจฉัยทางด้านประสาทสรีรวิทยา (Neurophysiological Diagnostics)
               4. การตรวจวินิจฉัยโดยใช้คลื่นเสียงความถี่สูง (Ultrasonological Diagnostics)

               โดยในปี พ.ศ.2564 งานตรวจวินิจฉัยทางการแพทย์ ได้เพิ่มพัฒนาศักยภาพการตรวจวินิจฉัยความผิดปกติขณะนอนหลับ จึงได้ก่อตั้งศูนย์พัฒนาสู่ความเลิศด้านการนอนหลับธรรมศาสตร์ (Sleep Center of Thammasat, SCENT) โดยมี อ.นพ.ฉัตร​กรินทร์​ เทพ​วิมล​เพชร​กุล​ ดำรงตำแหน่งเป็นหัวหน้าศูนย์การนอนหลับธรรมศาสตร์ โดยมุ่งหวังในการเป็นศูนย์การให้การตรวจวินิจฉัยความผิดปกติขณะนอนหลับอย่างครบวงจร และได้รับการรับรองศูนย์ตรวจการนอนหลับมาตรฐาน โดยสมาคมโรคจากการหลับแห่งประเทศไทยในปี พ.ศ.2565