Tutkimusleikkaus on leikkaus, joka suoritetaan yksinomaan diagnostisiin tarkoituksiin ilman tarkoitusta hoitaa tautia. Sitä voidaan käyttää etsimään asioita, jotka eivät näy muilla diagnostisilla tekniikoilla, kuten epäiltyjä syöpiä, joita ei voida tunnistaa lääketieteellisissä kuvantamistutkimuksissa. Sitä voidaan käyttää myös potilaiden, kuten eläinten, kanssa, jotka eivät pysty kommunikoimaan oireistaan. Tällainen leikkaus eläimillä on melko yleistä, erityisesti suoliston tukkeutumisessa.
Tutkivassa kirurgiassa tavoitteena on avata keho, jotta voidaan katsoa sisälle ja käyttää tietoja diagnoosin tekemiseen tai differentiaalidiagnoosin edistämiseen. Joissakin tapauksissa biopsiat voidaan ottaa näytteille kiinnostavilta alueilta, mutta leikkaukset, korjaukset ja muut kirurgiset toimenpiteet, jotka on suunniteltu sairauden hoitoon, eivät ole osa leikkausta. Joskus kirurginen toimenpide muuttuu tutkivaksi, kun kirurgi avaa potilaan ja huomaa tilanteen olevan monimutkaisempi kuin alun perin näytti, mikä edellyttää uutta arviointia ja lähestymistapaa hoitoon.
Koska leikkaus voi olla vaarallista, tutkimusleikkaus suoritetaan varoen. Potilas tutkitaan perusteellisesti ennen leikkausta mahdollisten kirurgisten komplikaatioiden merkkien varalta, ja verikokeilla arvioidaan potilaan yleistä terveyttä ja määritetään, onko leikkaus turvallinen. Kun potilas on päästetty leikkaukseen, anestesian induktio voi tapahtua, jolloin potilas on tajuton toimenpiteelle.
Perinteisessä tutkimuskirurgiassa kirurgi tekee viillon, käyttää kelauslaitteita avatakseen potilaan ja katsoo sisään. Kirurgisia välineitä voidaan käyttää elinten, rasvan ja lihasten liikuttamiseen paremman näkemyksen saamiseksi, ja kirurgi voi kuulla kollegaansa keskustelemaan siitä, mitä näyttää tapahtuvan potilaan sisällä. Kun kirurgi on kerännyt tarvittavat tiedot, haava suljetaan ja potilas otetaan pois anestesiakoneesta ja palautetaan.
Nykyään kirurgit käyttävät todennäköisemmin laproskooppista leikkausta. Kameroita käytetään visualisoimaan kirurginen kenttä, jolloin kirurgi näkee selvästi, mitä tapahtuu, ja kirurgisen kentän esineitä voidaan manipuloida kiinnikkeillä ja koettimilla, jotka on työnnetty viiltojen läpi. Paranemisaika laproskooppisesta leikkauksesta on paljon nopeampaa ja vähemmän rasittavaa potilaalle.