La microscopia può mostrare le cellule presenti nel versamento (ad esempio cellule mesoteliali oppure cellule infiammatorie) di eziologia benigna o maligna. Un patologo può visionare l'esame citologico ed eseguire una diagnosi morfologica. I neutrofili sono estremamente numerosi in caso di empiema. Se invece predominano i linfociti e le cellule mesoteliali rare, questo aspetto è indicativo di tubercolosi. 