Borrelia burgdorferi is de verwekker van borreliose (in de volksmond ook bekend als 'ziekte van Lyme'), een door teken overgedragen ziekte met diverse klinische presentaties waaronder erythema migrans, neuroborreliose, artritis, acrodermatitis, lymfocytoom en carditis. De laboratoriumdiagnostiek berust vooral op serologie: een screenings ELISA voor IgG en IgM antistoffen met indien positief een confirmatie in een immunobot-bepaling. De immuunrespons kan traag opkomen: gemiddeld 3 – 6 weken na infectie met een grote inter-individuele spreiding. Aanwezigheid van Borrelia-antistoffen (IgG) in het bloed op zichzelf hoeft geen bewijs te zijn voor een actuele of actieve infectie: het kan een overblijfsel zijn van een in het verleden doorgemaakte (al dan niet symptomatische) en inmiddels niet meer actieve Borrelia-infectie.
De diagnostiek naar een neuroborreliose berust op het aantonen van een lokale antilichaamproductie in liquor. Dit is een aparte bepaling en hiervoor dient altijd én liquor én serum ingestuurd te worden.
In specifieke omstandigheden (afwijkingen aan de huid of verdenking lyme-artritis) kan het zinvol zijn de Borrelia-bacterie direct aan te tonen door middel van nucleïnezuurdetectie (PCR) op biopten. Ook op liquor kan PCR voor neuroborreliose worden verricht; de gouden standaard blijft echter gepaard testen van IgG in serum en liquor door middel van ELISA. Er is in het laboratorium geen kweekmethode beschikbaar voor Borrelia burgdorferi.