Im Zentrum der Diagnostik steht die Begutachtung von Zellmaterial oder Organproben unter dem Mikroskop. In der modernen Pathologie werden darüberhinaus heute eine Vielzahl zusätzlicher Techniken angewendet, um Krankheiten und deren Ursachen besser erkennen und klassifizieren und damit auch wirksam bekämpfen zu können. Dazu zählen die Immunhistochemie, bei der mithilfe von Antikörpern Zellmerkmale erfasst werden, die es ermöglichen zwischen gut- und bösartigen Prozessen zu unterscheiden oder Erreger von Entzündungskrankheiten zur Darstellung zu bringen, die auf andere Art und Weise nicht nachzuweisen sind. Darüberhinaus werden zunehmend auch Merkmale des Erbgutes (DNS) dazu verwendet Krankheiten zu erkennen und zu klassifizieren. Für diese molekularpathologischen Untersuchungen reichen oft schon wenige Zellen aus, um zu einer verbindlichen Aussage zu kommen. Modernste Hochleistungsrechner, hoch spezialisierte Video- und Photokameras, sowie Laser und Floureszenzlichtmikroskope sind dabei zum Arbeitsgerät des Pathologen geworden, um Veränderungen im Gewebe sichtbar zu machen, die ansonsten nicht erkennbar wären. Solche Untersuchungen können oft auch noch nach Jahren, manchmal auch noch nach Jahrzehnten anhand von archiviertem Material einmal gewonnener Gewebeproben durchgeführt werden.
Nicht selten bestimmt die pathologische Diagnose das Schicksal eines Patienten. Die Pathologen beraten und unterstützen mit Ihren Diagnosen die behandelnden Ärzte und werden heute bereits frühzeitig in die Patientenbetreuung miteinbezogen.
Während zunehmend mehr Krankheiten heute bereits präoperativ histologisch abgeklärt werden können, durch CT gesteuerte Stanzbiopsien innerer Organe, kann Gewebe durch den Pathologen auch intraoperativ im Rahmen der sogenannten Schnellschnittuntersuchung untersucht werden und so eine rasche und gezielte Diagnose gestellt werden. Auch postoperativ entscheidet die histologische Untersuchung der Operationspräparate und die dadurch ermöglichte Stadieneinteilung einer Krebserkrankung über das weitere therapeutische Vorgehen. Auch ermöglicht die Bestimmung von Gewebeeigenschaften - beispielsweise Hormonrezeptoren - eine Aussage über das zu erwartende Ansprechen einer Erkrankung auf eine bestimmte Therapie. Der Pathologe wird dabei zum Lotsen für die Therapie des Patienten.