E' un esame che studia la forma e la struttura degli organi e dei tessuti malati, per definirne la natura e stabilire una terapia. Si può eseguire lo studio sia di singole cellule (citologia), sia di tessuti (istologia) utilizzando microscopio. Si possono utilizzare materiali sia freschi, sia (con formaldeide), dopo averli opportunamente trattati in modo da poter essere visibili (colorazioni standard, istochimiche ed immunoistochimiche). Gli studi possono essere eseguiti sia su piccoli campioni di cellule vive (biopsia), sia su organismi morti (autopsia). Questo ultimo caso, finalizzato a stabilire le cause della morte, riveste un ruolo di primaria importanza in campo medico legale.