Ke konečnému stanovení diagnózy nádorového onemocnění (a některých jiných nemocí) je vždy nutné mikroskopické vyšetření vzorku tkáně, který byl získán při biopsii nebo v průběhu operace. Vyšetřit je možné i vzorky tkáně získané při pitvě.
Dle typu vzorku se provádí vyšetření histologické (vyšetřován je celistvý vzorek tkáně) nebo vyšetření cytologické
Cytologické vyšetření: ve vzorku jsou rozptýleny jednotlivé patologické buňky (a buňky normální). Vzorek se přímo nanáší na sklíčko a po základním obarvení vyšetří, výsledek je k dispozici během desítek minut. Pokud je vzorek dostatečně velký, mohou následovat další vyšetření, podobně jako při histologickém vyšetření. Pokud není možno provádět dodatečná vyšetření, nemusí být vždy možné specifikovat druh nádoru, ale pouze konstatovat, že se jedná o buňky zhoubného nádoru (maligní buňky)
Výhodou je rychlý výsledek, nevýhodou může být příliš malý vzorek, který neumožňuje všechna vyšetření. U solidních nádorů se cytologické vyšetření provádí při potřebě rychlého ověření diagnózy nebo v případě, že přímý odběr vzorku z nádorového ložiska není možný (například je mimo dosah při bronchoskopickém vyšetření). To samozřejmě neplatí pro "tekuté" nádory (leukémie), u nichž neexistují "solidní" ložiska a základním vyšetřením je vyšetření cytologické
