Varie anomalie cerebrali possono essere diagnosticate mediante analisi microscopica del campione di tessuto. Il patologo (un medico esperto in come la malattia colpisce i tessuti del corpo) cerca una crescita anormale, cambiamenti nelle membrane cellulari e/o raccolte anormali di cellule. Nella malattia di Alzheimer, la corteccia cerebrale contiene raccolte anormali di placche. Se si sospetta un'infezione, l'organismo infettivo può essere coltivato dal tessuto e identificato. La classificazione dei tumori è possibile anche dopo la biopsia.