汽车行驶过程中，由于路况、司机操作不当等原因，会逐渐出现各种运行故障。判断故障的原因和部位，及时修复，对延长汽车使用寿命，降低运输成本尤其是保证行车安全等具有重要意义。汽车故障诊断包括非电控汽车和电控汽车两大类。
一、非电控汽车产生故障的原因、现象与诊断
非电控汽车产生故障的原因不外以下几种：（1）磨擦零件的自然摩损；（2）零件与腐蚀性物质接触形成化学腐蚀；（3）零件在规则和不规则的外力作用及残余内应力作用下形成的变形；（4）塑料、橡胶等非金属零件和电器元件老化；（5）其它偶然原因造成的零件损伤等。
自然摩损会造成零件几何尺寸及形状以及配合表面的质量发生改变，从而导致并破坏其原装配伍性，使其配合松动，间隙增大，润滑条件变差等。润滑油变质，又会影响其润滑性能，加剧磨损。总之，汽车零件磨损和老化是汽车产生故障的主要原因。汽车的故障现象可以归纳为以下几种：（1）异响；（2）泄漏；（3）过热开锅；（4）失控；（5）动力不足；（6）污染超标；（7）油耗量大；（8）不正常振动等。
异响是汽车运行中由于内部机件间隙增加或其它方面损坏造成的各种不正常响声。这些响声由产生的零件的体积大小、形状不同而各不相同，零件较大、较厚重的，则响声较闷，如由轴大瓦异响。零件较薄，体积较小的则响声较清脆。这是一般规律，但活塞敲缸的响声有时也较为清脆，但很有特点，多留意则易掌握；泄漏则是指汽车上有密封要求的部位因老化，磨损等原因泄漏量超过标准的现象；过热是汽车总成或散热机构的工作温度超过规定限度的现象，过热一般发生在散热机构，通常积垢过多，机构失灵居多；失控是指汽车总成或机构工作时出现操纵失灵，无法控制的现象，这是个很危险的故障现象，在制动和转向系统一定要格外细心；乏力则是指汽车动力不足，多为油路和电路原因；污染超标则是汽车运行中有害物质排放较多，油耗增加，多为汽车缸体摩损较大，控制零件失效或误差较大所致；费油是指燃料、润滑油消耗超过文件规定的现象，原因与污染超标相近；不正常振动，则多为运动机构由于外力作用不平衡或发动机各缸工作不均衡所致。
汽车故障诊断，是指在不解体汽车及总成的情况下，确定汽车故障所在，确定汽车技术状况的方法，其大体可分为经验诊断法和不解体诊断法。经验诊断法是通过原地发动和道路运行车辆，靠观察和感觉或采用简单工具来确定汽车技术状况和故障的一种方法，其特点是不依靠专用设备及某种特定条件，在任何场合下都能进行。缺点是诊断较慢，有误差，其诊断准确性在很大程度上依赖于诊断技术人员的经验和水平。这种诊断方法有相当大的局限性，仅适用于车型较老的发动机或机械依赖性较大的汽车底盘部位，对于隐潜的早期不明显故障往往不易查实。尽管如此，经验诊断因其方便简单，加之机械部位的需要，仍是日常检验的常用方法。经验诊断法要先搞清故障的症状，特征，本着由简到繁，由外到内，逐步深入，推理分析，最后作出判断。这种诊断需要问、看、听、嗅、摸、试等多方面综合判断。问，向相关人员了解车辆状况和经历；看，目睹车辆状况尤其是故障部位的外表特征，仔细观察分析；听，根据声音对故障部位及损坏部件做出判别；嗅，对相关部位异常味道做出判断；摸，根据故障部位温度、振动的异常感应判断损坏情况；试，通过操作，感知汽车故障。如：一台刚大修完的东风车，路试时听到汽油发动机有清脆的“当、当”声，且在一定速度更明显，技师诊断为敲缸声，调整分火头点火时间，故障消失。再如一台行驶中的东风康明斯发动机汽车，做完二级维护后发现发动机运转一定时间后机油压力变低，继续运转则压力低于规定值，冷车重新启动压力正常，再重复以上现象，这类故障就不应考虑机械故障，因为机械故障一般是刚性的，分析油号是否正确，重新更换正确机油后则故障消失。一般来说，对于非电喷纯机械故障、一般电路故障，有经验的维修检验人员基本上能够依据上述方法判断其故障所在。
二、电控汽车的故障诊断
1.现代汽车自诊断
现代汽车上大量采用电子控制系统，像发动机电控汽油喷射系统、制动防抱死系统、电控自动变速器、安全气囊和自动空调等。这些系统的核心一般都是一块单片机，单片机上集成了中央处理单元（CPU），只读存贮器（ROM），随机存贮器（RAM），输入/输出接口、可编程定时器/计数器和A/D转换器等，一块单片机就相当于一台微型计算机。目前，汽车上装用的单片机控制系统中都设有自诊断功能，中央处理单元（CPU）能判断输入和输出信号的差错，并把这些差错以一定数码存贮在存贮器中，并可用特定的方式查询记存的数码，即故障代码，这一过程称为自诊断，这给汽车电子控制系统带来了极大方便。
2.解码器诊断
在微机控制系统的控制电路上都设置有专用的故障检测插座，通过线路与ECU连接，只要将微机故障检测仪（解码器）的检测插入与汽车上的故障检测插座相连接，然后打开点火开关（ON）就可以从故障检测仪示屏上读到所有储存在ECU中的故障代码及代码含义与故障部位。
3.其它仪器诊断
它是在不解体条件下，并以摸拟道路条件的室内设备代替路试，用测试仪表与检测设备，确定汽车或各总成的各项参数与正常技术状况的参数对比，比较准确地诊断出车辆技术状况和故障。