Mikroskopisk undersøkelse, på den annen side, bruker mikroskoper for å visualisere og studere strukturer som ikke er lett synlige for det blotte øye. Dette gir mulighet for en mer detaljert analyse av celler, vev og mikroorganismer. Mikroskopisk undersøkelse kan involvere ulike teknikker, som lysmikroskopi (ved bruk av synlig lys), elektronmikroskopi (ved bruk av elektronstråler), eller fluorescensmikroskopi (utnyttelse av fluorescerende egenskaper).
Oppsummert ligger hovedforskjellen mellom grov og mikroskopisk undersøkelse i skalaen og detaljnivået. Grov undersøkelse fokuserer på større anatomiske trekk, mens mikroskopisk undersøkelse går inn i små strukturer på cellulært og subcellulært nivå. Begge spiller avgjørende roller i patologi, og hjelper til med diagnose og forståelse av de underliggende mekanismene til sykdommer.