La sua opera più importante è sicuramente la "Patologia Cellulare" che lui dedicò a John Goodsir, professore di anatomia all'Università di Edimburgo e ricercatore nel campo della fisiologia e patologia cellulare, che insistette sull'importanza della cellula come centro di nutrizione. Nelle numerose ricerche e sperimentazioni effettuate da Virchow il microscopio assunse un ruolo principale e fu grazie al suo aiuto se nel 1855 durante una lezione dichiarava: "se si vuole combattere alla radice le forme patogene, non basta certamente prendere degli organi e definirli sede di malattie; si trova infatti spesso che negli organi ci sia una serie di elementi più semplici e pertanto si può parlare di patologia cellulare". La sua teoria "omnis cellula e cellula", che a onor del vero non fu coniata da lui, ma dal naturalista e politico francese François Vincent Raspail, divenne ben presto il nuovo motto della neo-fondata teoria sulle malattie. Analizzando la sua monografia sulla patologia cellulare, si può immediatamente constatare la fondatezza delle sue teorie. Virchow si occupava di materiale patologico e dunque le sue constatazioni si riferivano a reperti e quadri clinici che lui in prima persona aveva analizzato e studiato per anni. Derivando dunque da una applicazione pratica era solo in parte discutibile.