ขั้นแรกในการวินิจฉัยอาการนี้ บ่อยครั้งก็เพื่อกำจัดประเภทใดประเภทหนึ่งจากสองประเภท (ซึ่งคนไข้อาจมีทั้งสอง)โดยปิดตาทีละข้างเพื่อตรวจดูว่า แต่ละข้างมีอาการอะไรเดี่ยว ๆ บ้าง[7]

เห็นด้วยสองตา

การเห็นภาพซ้อนด้วยสองตาเป็นผลของตาเหล่ คือตาซึ่งไม่มองไปที่เดียวกันไม่ว่าจะเป็นแบบเหล่เข้า (esotropia) หรือเหล่ออก (exotropia)คือ ในขณะที่รอยบุ๋ม (fovea) ของตาข้างหนึ่งจ้องดูที่วัตถุเป้าหมาย รอยบุ๋มอีกข้างหนึ่งกลับเล็งไปที่อื่น ๆ ดังนั้น ภาพจากวัตถุเป้าหมายจึงตกลงที่บริเวณจอตานอกรอยบุ๋ม

สมองจะคำนวณทิศทางของวัตถุ (visual direction) ขึ้นอยู่กับตำแหน่งจอตาที่ภาพตกลงเทียบกับรอยบุ๋มภาพที่ตกลงที่รอยบุ๋มจะมองว่าอยู่ข้างหน้าตรง ๆ ในขณะที่ภาพซึ่งตกลงนอกรอยบุ๋มจะมองว่าอยู่ไปทางด้านบน ด้านล่าง ด้านขวา หรือด้านซ้าย ขึ้นอยู่กับบริเวณจอภาพที่ได้รับภาพดังนั้น เมื่อตามองไม่ตรง สมองจะเห็นภาพสองภาพของวัตถุเดียว เพราะวัตถุมีภาพตกลงที่บริเวณจอตาที่ไม่ลงรอยและต่างกันของจอตาทั้งสอง แล้วจึงมีผลเป็นการเห็นภาพซ้อน

สหสัมพันธ์ของบริเวณต่าง ๆ โดยเฉพาะในจอตาข้างหนึ่ง กับบริเวณเดียวกันของตาอีกข้างหนึ่ง เรียกว่า ความสอดคล้องกันของจอตา (retinal correspondence)แต่ความสัมพันธ์นี้ก็เป็นเหตุต่ออาการที่เกี่ยวข้องกันคือการเห็นภาพซ้อนด้วยตาทั้งสอง (binocular diplopia)โดยปกติแล้ว เพราะภาพจากรอยบุ๋มจอตาข้างหนึ่งจะสอดคล้องกับของตาอีกข้างหนึ่ง สมองจึงแสดงภาพที่ตกลงที่รอยบุ๋มว่าอยู่ในตำแหน่งเดียวกันในปริภูมิดังนั้น เมื่อตามองไม่ตรง วัตถุที่ต่างกัน (ซึ่งจริง ๆ อยู่ในตำแหน่งต่างกัน) จึงสามารถเห็นได้ว่าอยู่ในที่เดียวกันเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า การเห็นสับสน (visual confusion)

ทั่วไปแล้ว สมองจะป้องกันไม่เห็นภาพซ้อนสมองบางครั้งอาจไม่สนใจภาพที่มาจากตาข้างหนึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่า suppression (การระงับ)สมรรถภาพในการระงับมักจะพบโดยเฉพาะในวัยเด็กที่สมองยังกำลังพัฒนาอยู่ดังนั้น เด็กตาเหล่เกือบทั้งหมดจะไม่บ่นถึงการเห็นภาพซ้อน เทียบกับผู้ใหญ่ตาเหล่ที่เกือบทั้งหมดจะรายงานว่ามีอาการ

แม้ความสามารถเช่นนี้ดูเหมือนจะดีกับการปรับตัวให้เข้ากับตาเหล่ในเด็ก แต่จริง ๆ นี่จะกันตาที่มีปัญหาไม่ให้พัฒนาได้อย่างถูกต้องแล้วเป็นผลให้เกิดตามัวผู้ใหญ่บางคนก็สามารถระงับการเห็นภาพซ้อนได้ด้วย แต่จะไม่เท่ากับเด็กและใช้เวลานานกว่าก่อนจะทำได้ และดังนั้น จึงไม่เสี่ยงต่อความพิการทางการเห็นอย่างถาวรเท่ากับเด็ก

การเห็นภาพซ้อนในบางกรณีจะหายไปเองโดยไม่ต้องรักษา แต่ในกรณีอื่น ๆ เหตุที่ทำให้เห็นภาพซ้อนจะคงอยู่

คนไข้บางคนที่เห็นภาพซ้อน คือไม่เห็นเป็นภาพเดียวด้วยสองตาโดยไม่ระงับภาพที่มาจากตาอีกข้างหนึ่ง อาจขยับตาแบบกระตุก ๆ ที่ไม่ปกติใกล้จุดที่ตรึงตา (เช่นในคนไข้ Horror fusionis)

เห็นด้วยตาข้างเดียว

การเห็นภาพซ้อนยังสามารถเกิดเมื่อมองด้วยตาข้างเดียวซึ่งเรียกว่า การเห็นภาพซ้อนด้วยตาข้างเดียว (monocular diplopia) หรือถ้าคนไข้เห็นมากกว่าสองภาพก็อาจเรียกว่า การเห็นภาพหลายภาพด้วยตาข้างเดียว (monocular polyopia)แม้จะมีโอกาสบ้างว่า อาการจะมีเหตุที่ร้ายแรง แต่ก็ยังมีโอกาสน้อยกว่าการเห็นภาพซ้อนด้วยตาสองข้าง[7]การวินิจฉัยแยกแยะของการเห็นภาพหลายภาพรวมทั้งกระจกตารูปกรวย (keratoconus) เลนส์ตาที่ไม่สามารถปรับได้เต็มที่ (subluxation of the lens) ความผิดปกติทางโครงสร้างของตา รอยโรคในเปลือกสมองส่วนการเห็นด้านหน้า หรือโรคอื่น ๆ (non-organic conditions)แต่แบบจำลองนำแสงแบบเลี้ยวเบน (diffraction-based) ก็แสดงว่า ความผิดปกติในการนำแสงต่าง ๆ โดยเฉพาะสายตาเอียง ก็ทำให้เกิดอาการนี้ได้ด้วย[8]

เป็นชั่วคราว

การเห็นภาพซ้อนด้วยสองตาแบบชั่วคราวอาจเกิดเพราะเมาเหล้า หรือเพราะความบาดเจ็บต่อศีรษะเช่นการกระทบกระเทือน ดังนั้น ถ้าการเห็นเป็นภาพซ้อนไม่หายเร็ว คนไข้ควรจะหาจักษุแพทย์ให้เร็วที่สุดการเห็นภาพซ้อนด้วยสองตาแบบชั่วคราวยังอาจเป็นผลข้างเคียงของเบ็นโซไดอาเซพีน หรือสารโอปิออยด์ โดยเฉพาะถ้าใช้ในขนาดเกินกว่าเพื่อรักษา นอกจากนั้น ยังเป็นผลของยากันชักเฟนิโทอิน Zonisamide หรือ Lamotrigine, ยานอนหลับ Zolpidem, ยาระงับความรู้สึกแบบดิสโซซิเอตีฟคีตามีน, และยาแก้ไอ Dextromethorphanการเห็นภาพซ้อนชั่วคราวอาจมีเหตุจากความเหนื่อย กล้ามเนื้อตาล้า หรือตั้งใจทำให้เกิดถ้าการเห็นภาพซ้อนปรากฏพร้อมกับอาการอื่น ๆ เช่น ความล้า หรือความเจ็บปวดไม่ว่าจะเป็นแบบฉับพลันหรือเรื้อรัง คนไข้ควรจะหาจักษุแพทย์ให้เร็วที่สุด

การตั้งใจทำให้เกิด

คนบางคนสามารถแยกการทำงานของตาออกได้โดยตั้งใจ ไม่ว่าจะโดยมองอะไรที่ใกล้ ๆ (ทำให้ตาเหล่เข้า) หรือโดยปล่อยตาไม่ตรึงตาที่อะไรนอกจากนั้นแล้ว การมองวัตถุที่อยู่หลังอีกวัตถุหนึ่ง วัตถุหน้าสุดจะเห็นเป็นภาพซ้อน ยกตัวอย่างเช่น เมื่อยกนิ้วขึ้นข้างหน้าขณะที่อ่านข้อความจากจอภาพคอมพิวเตอร์ในกรณีเหล่านี้ การเห็นภาพซ้อนจึงไม่มีอันตราย และอาจทำให้สนุกการปล่อยตาเช่นนี้ จะทำให้เห็นภาพ 3 มิติอย่างเช่น ออโตสเตอริโอแกรมได้[9]

คนหลายคนที่เห็นปกติสามารถเห็นภาพซ้อนด้วยตาข้างเดียวอย่างตั้งใจได้ เช่นที่ทำในการทดลองแบบไม่ให้ตรึงตาและใช้ภาพเส้นที่มีความเปรียบต่างต่าง ๆ กันมาก[8]