Le diagnostic sérologique permet de repérer des espèces et sérogroupes de Legionella. La méthode de référence est l'immunofluorescence indirecte (IFI), mais on utilise aussi des techniques immunoenzymatiques (ELISA).

Un marquage délicat
Les anticorps détectés sont les immunoglobulines totales (IgM, IgG et IgA). Ils sont en majorité dirigés contre la chaîne lipopolysacharide de la membrane externe des légionelles, caractéristique de chaque sérogroupe de Legionella pneumophila.
Les anticorps apparaissent le plus souvent une semaine après le début de l'infection, et atteignent un pic 3 à 4 semaines plus tard. Leur disparition est très variable, de 2 à 3 mois et jusqu’à 18 mois. Le phénomène varie considérablement selon les malades, et il arrive que la séroconversion ne soit jamais mise en évidence malgré un diagnostic certain de légionellose.

Les limites
Seule une séroconversion (titre des anticorps x 4) permet de confirmer le diagnostic de légionellose. Mais pour un titre élevé précoce, la sensibilité est faible (10 %) et la valeur prédictive positive très basse (15 %).
Le diagnostic sérologique est tardif, voire rétrospectif, et soumis à de nombreuses réactions croisées (mycobactéries, leptospires, chlamydiae, mycoplasmes, Citrobacter, Campylobacter, et Coxiella burnetii).