Im Zentrum der Aufgaben moderner Pathologischer Institute steht die mikroskopische Diagnostik an entnommenen Geweben und an Körperflüssigkeiten. Das Fach Pathologie hat die Kernkompetenz in der Diagnostik von Krebserkrankungen. Die pathohistologische Beurteilung des Krebsgewebes am Mikroskop ist bis heute Grundlage für Diagnostik und Therapie maligner Tumoren. Die mikroskopische Untersuchung erfolgt an Probeentnahmen (Biopsien) verschiedener Organe (z.B. Magen, Darm, Lunge, weibliches und männliches Genitale, Knochenmark, Lymphknoten) und an Körperflüssigkeiten (Urin, Blut, Ergusspunktate). Die Gewebeproben werden in Formalin fixiert und in Paraffin (Wachs) eingebettet. Dünne Schnitte der Paraffinblöcke (histologische Schnitte) werden gefärbt und mikroskopisch beurteilt. Bei Erkrankungen des Bluts, des Knochenmarks und der Lymphknoten sind meist ergänzende Techniken wie Spezialfärbungen erforderlich. Außerdem werden bei besonderen Fragestellungen und in schwierigen Fällen mit immunhistologischen Methoden bestimmte „Erkennungsmerkmale“ entarteter Zellen, z.B. bestimmte Moleküle auf der Zellmembran oder im Zellkern, am Paraffinschnitt dargestellt.
Darüber hinaus wird die Diagnostik bei besonderen Fragestellungen durch molekularpathologische DNS-Analysen wie PCR (= Polymerase Chain Reaction) mit anschließender Sequenzierung des PCR-Produkts (Entschlüsselung des genetischen Alphabets) oder durch Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierungs-Techniken (FISH) mit Darstellung definierter Genabschnitte verbessert.
Neben der Krebsdiagnostik ist die Diagnostik entzündlicher Erkrankungen des Magen-Darm-Trakts, der Nieren, der Lungen und der Lymphknoten ein wichtiges Tätigkeitsfeld des Pathologen, wobei der molekularpathologische Nachweis von Erregern (Tuberkulose) mittels PCR eine große Bedeutung bekommen hat.