Une analyse approfondie des cellules cancéreuses est nécessaire pour vérifier la nature exacte des anomalies repérées par les examens précédents. Quand on suspecte un cancer, cette analyse peut être complétée par d'autres examens en laboratoire. Tous ces examens peuvent fournir des indications importantes sur le degré d'agressivité des cellules cancéreuses ou sur l'efficacité de certains traitements.

L'examen microscopique nécessite un prélèvement, qui peut être réalisé de différentes façons:
• par frottis (du col de l'utérus, par exemple),
• lors d'une endoscopie (du système digestif, des bronches, de la vessie),
• par ponction à l'aiguille (comme dans des lésions suspectes du sein ou de la prostate),
• par biopsie (prélèvement chirurgical sous anesthésie locale ou générale).