Profesjonalna diagnoza może zostać przeprowadzona tylko przez certyfikowanego terapeutę integracji sensorycznej. Przed rozpoczęciem pracy z dzieckiem z zaburzeniami integracji sensorycznej konieczne jest uświadomienie rodzicom problemu i rokowań jakie wniesie systematyczna terapia. Diagnostyka obejmuje szczegółowy wywiad oraz specjalistyczne Południowo Kalifornijskie Testy Integracji Sensorycznej. Rodzice/opiekunowie wypełniają kwestionariusze, które pomagają terapeucie poznać historię sensoryczno-motoryczną dziecka. Po wnikliwej analizie terapeuta na podstawie uzyskanych danych tworzy rzetelną diagnozę SI, która jest podstawą do podjęcia aktywnej terapii.

Terapia SI najczęściej przebiega w formie zabawy. Poprzez huśtanie się w hamakach, balansowanie, zabawy z piłką, pokonywanie rozmaitych torów przeszkód, przeciskanie przez tunele itp.- układ nerwowy i mózg dziecka uczy się właściwego reagowania na bodźce zewnętrzne i integracji wrażeń płynących z różnych zmysłów. Przyjemna forma ćwiczeń powoduje, że dzieci są dużo bardziej zaangażowane przez co efekty terapii są pozytywnie zaskakujące. W terapii SI nie ma miejsca na porażki, a każde ćwiczenie powinno kończyć się sukcesem. Ważnym aspektem tej terapii jest pozytywna motywacja. Odgrywa ona dużą rolę przy doborze aktywności. Niektórym dzieciom terapeuta pozostawia wiele swobody przy doborze zabaw i ćwiczeń, innym proponuje aktywności specjalnie dla nich wyselekcjonowane. Dzieci są zachęcane do inicjowania, kreowania i aktywnego uczestnictwa w zabawach. Terapia Integracji Sensorycznej jest zazwyczaj dla dziecka przyjemnością, ale wymaga też od niego dużego zaangażowania i niekiedy sporego wysiłku. Rolą terapeuty jest umiejętne zachęcanie i prowokowanie dziecka do kierowanej aktywności, nawet wówczas, gdy pewne rodzaje zabaw i ćwiczeń wzbudzają jego niechęć, opór lub lęk. Stopień trudności aktywności stopniowo wzrasta w miarę czynionych przez dziecko postępów. Efekty terapii sensorycznej czasami widoczne są już po kilku miesiącach, ale najczęściej trzeba na nie czekać około roku. Dziecko uczestniczące w zajęciach terapii sensorycznej lepiej się rozwija pod względem psychoruchowym, lepiej radzi sobie też z integracją i porządkowaniem bodźców płynących ze świata zewnętrznego i z samoregulacją. Zanikają agresywne reakcje u dzieci mających trudności z przystosowaniem się do nowej sytuacji, zmniejsza się nadpobudliwość ruchowa, dziecko zaczyna lepiej komunikować swoje potrzeby i nawiązuje interakcje z otoczeniem, poprawia się koordynacja ruchowa i zmysł równowagi (dziecko zaczyna prawidłowo używać przedmiotów takich jak piłka, kredki czy nożyczki). Terapia sensoryczna poprawia też znacząco zdolność koncentracji u dziecka – uczy się ono przez dłuższy czas skupiać uwagę na wykonywaniu jednej czynności.