Patologisk anatomi beskriver og tolker strukturelle (morfologiske) forandringer i celler, organer og vev under sykdom. Slike forandringer er ofte karakteristiske, og danner grunnlag for praktisk diagnostikk av sykdommene. Dette har fått økende betydning da vevs- og celleprøver i dag kan tas fra nesten alle lokalisasjoner.
Den makroskopiske patologi beskriver organenes endrede form uten bruk av spesielle hjelpemidler, mens man med lysmikroskopisk undersøkelse studerer endringer på det cellulære nivå, og med elektronmikroskopisk undersøker endringer på det subcellulære nivå. Patologene bruker i tillegg til disse tradisjonelle morfologiske metoder en rekke andre metoder for å studere og karakterisere sykdomsprosesser i celler og vev, f.eks. immunhistokjemiske og genteknologiske metoder der spesifikke proteiner og gensekvenser kan studeres i celle og cellekjerne.