病理学的研究方法多种多样，主要有以下几种。
（一）尸体剖验
尸体剖验简称尸检，是病理学的基本研究方法之一。通过对尸体进行解剖，进行大体观察和组织学观察，全面检查各脏器、组织的病理变化，并结合各种临床资料进行对照分析，从而明确对疾病的诊断，查明死亡原因，帮助临床探讨验证诊断和治疗是否正确，以总结经验，提高临床工作的质量。通过尸检，还能及时发现各种传染病、地方病和职业病等，为防治措施提供依据。尸检还可提供大量教学标本，以备学生学习之用。也可以从实践材料中选出一些病例，在临床医师、病理医师和学生中开展临床病理讨论会（CPC）。通过讨论，理论联系实际，基础联系临床，更深刻地认识疾病，总结临床经验教训，提高医疗及教学质量。显然，尸检是研究疾病的极其重要的手段和方法，人体病理材料是研究疾病的最为宝贵的材料。
（二）活体组织检查
在患者活体身上用局部切除、钳取、穿刺、针吸及摘除等手术方法采取病变组织进行病理检查，以确定诊断，称为活体组织检查，简称活检。这是被临床广泛采用的病理检查方法。运用以上方法取下活检标本经肉眼观察及显微镜观察，做出病理诊断，这种检查方法有助于及时准确地诊断疾病以及进行疗效判断。根据手术的需要，还可使用快速冷冻切片法，在15～20min时间内进行快速病理诊断（如良、恶性肿瘤的诊断），以便决定手术切除范围。所以，活检对于临床诊断、治疗和预后都具有十分重要的意义。
（三）动物实验
运用动物实验方法，可以在动物身上复制人类某些疾病的模型，以供研究者根据需要，对之进行任何方式的观察研究。例如可以分阶段连续取样检查，以了解该疾病的发生发展过程。还可以研究某些疾病的病因、发病机制以及药物疗效。动物实验可以弥补人体观察之局限和不足，但动物与人之间毕竟存在着差异，不能将动物实验的结果不加分析地直接搬用于人体。
将人体和动物体内某种组织或细胞用适宜的培养基在体外进行培养，以观察细胞、组织病变的发生发展，称为组织与细胞培养。如肿瘤的生长、细胞的改变、病毒的复制等。这种方法，条件易于控制，可以避免体内复杂因素干扰，且周期短，见效快。但是因为体外环境是孤立的，与体内的整体环境不同，故不能将研究结果与体内过程等同看待。
（五）病理学的观察方法
病理学属于形态学科，虽然近年来其研究手段已超越了传统的单纯形态观察，但形态学方法仍为最基本的研究方法。
1.大体观察 主要运用肉眼或附以放大镜、量尺及各种衡器等辅助工具，对所检标本的大小、形状、色泽、重量、表面及切面、病灶特性及坚硬度等进行细微的观察及检测。有经验的病理及临床工作者往往能借大体观察初步确定诊断和病变性质（如肿瘤的良恶性）。
2.组织学观察 将病变组织制成厚约数微米的切片，经不同方法染色后用显微镜观察其微细病变，从而千百倍地提高了肉眼观察的分辨能力，这是形态学诊断疾病的最主要最基本的方法。同时，由于各种疾病和病变本身都具有一定程度的组织学形态特性，故常可借助组织学观察来诊断疾病。
3.细胞学观察 运用采集病变部位脱落的细胞，或抽取体腔积液经过离心沉淀后制成细胞学涂片，做显微镜检查，了解病变性质。此法常用于某些肿瘤的诊断（如食管癌、肺癌、子宫颈癌等）。但限于取材的局限性和准确性，有时使诊断受到一定的限制。近年来运用影像技术及内镜等指引进行细针穿刺提取组织细胞进行检查，可以提高诊断的准确性。
4.超微结构观察 运用透射及扫描电子显微镜对组织、细胞的内部和表面超微结构进行更细微的观察（较光学显微镜的分辨能力高千百倍），即从亚细胞（细胞器）和大分子水平上了解细胞的病变。
5.组织化学和细胞化学观察 运用具有某种特异性的、能反映组织和细胞成分化学特性的组织化学和细胞化学方法进行观察，可以了解组织、细胞内各种蛋白质、酶类、核酸、糖原等化学成分的状况，从而加深对形态结构改变的认识。如运用苏丹Ⅲ染色法可将细胞内的脂肪成分反映出来。再如糖原染色、碱性磷酸酶染色等都可反映出组织细胞内相应成分的改变。随着免疫学技术的进步，还可运用免疫组织化学和免疫细胞化学的方法，了解组织、细胞的免疫学性状，对于病理学研究和诊断都有很大帮助。
除上述常用方法外，近数十年来陆续建立的还有放射自显影技术、分析鉴定技术、显微分光光度技术、流式细胞仪技术、形态测量（图像分析）技术、多聚酶链反应技术以及分子原位杂交技术等一系列分子生物学技术。这就不仅使常规的形态学观察发展到形态结构改变与组织、细胞化学变化结合起来进行研究，而且将历史的定性的研究发展到对病理改变进行形态的和化学成分的定量研究，这些新的研究手段和方法，使我们对疾病发生、发展的规律逐渐获得更为深入的了解，使病理学的发展进入一个新的时期。
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