Nella sua vita però prevale inequivocabilmente la sua opera scientifica nel campo dell'anatomia patologica ed è in qualità di patologo che Virchow è entrato nella storia della medicina. Fu discepolo di Johannes Peter Müller che insegnava all'Università di Berlino anatomia normale, anatomia comparata, anatomia patologica e fisiologia, e di Johann Lukas Schönlein, responsabile del laboratorio sperimentale, di fisica dei metodi diagnostici e di epidemiologia. Tra gli scolari di Müller c'era anche Theodor Schwann il quale, stimolato dagli studi sulle cellule vegetali compiuti dal botanico Matthias Jacob Schleiden eseguiva analisi microscopiche dei tessuti animali e giunse alla conclusione, nel 1839, che non solo nei vegetali ma anche negli animali la cellula è l'elemento base: tutti i tessuti sono composti di cellule, tutte le cellule hanno origine comune, ogni cellula ha vita indipendente, mentre la vita dell'organismo è la risultante delle attività delle singole cellule. Nello stesso periodo anche Jan Evangelista Purkyně si dedicò con i suoi discepoli alla morfologia cellulare e fece importanti osservazioni.