Jos lääkäri ei pysty tekemään lopullista diagnoosia potilaalle, hän voi suorittaa tutkimusoperaation. Jos potilas kärsii terveysongelmista, joita ei voida diagnosoida, tutkivaan leikkaukseen liittyy kehon alueen avaaminen tutkittavaksi vihjeiden saamiseksi. Näillä toimenpiteillä voidaan diagnosoida syöpä, urheiluvammat tai sisäiset vammat onnettomuuksissa, kuten auto -onnettomuuksissa.
Eräs kameralla suoritettava tutkimusmenetelmä tunnetaan laparoskooppisena leikkauksena. Kamera voidaan asettaa vatsaan, lantion alueelle tai muulle alueelle, jolloin kirurgit voivat saada paremman kuvan sairaudesta tai traumasta. Kirurgi voi myös tehdä tutkimuskirurgian potilaalle, joka on saanut vammoja, jotka johtavat sisäiseen verenvuotoon tai hematoomaan. Joissakin tapauksissa syntymättömälle vauvalle suoritettava tutkimusleikkaus voi olla tarpeen, jos epäillään muodonmuutosta tai muuta hengenvaarallista tilaa.
Ehkä yleisin tutkimusmenetelmä on syöpäpotilaille tehty. Tästä voi olla apua lääkäreille syöpäkasvainten uusiutumisen tarkistamiseksi myös sen jälkeen, kun potilas on saanut sädehoitoa.
Tutkimusleikkaus endometrioosiksi kutsutulle tilalle voidaan tehdä hedelmällisessä iässä oleville naisille. Endometrioosin laparoskooppinen kirurgia mahdollistaa kirurgin nähdä lantion alueen etsimään kystat tai muut ongelmat. Endometrioosi voi estää naisia tulemasta raskaaksi, ja tutkiva leikkaus tämän tilan tarkistamiseksi ja kääntämiseksi voi auttaa joitain naisia tulemaan raskaaksi.
Vaikka magneettikuvaus (MRI) voi auttaa lääkäreitä tekemään tarkan diagnoosin, on tapauksia, joissa magneettikuvaus ei välttämättä tunnista tiettyjä kasvaimia tai muita ongelmia. Jotkut ihmiset, jotka ovat kärsineet polvivammoista, voivat valita kokeellisen leikkauksen, kun magneettikuvaus ei pysty havaitsemaan kyyneleitä, jotka voisivat aiheuttaa kipua ja liikkumattomuutta. Tämäntyyppinen leikkaus voidaan tehdä myös potilaille, joilla on olkapään vammoja. Leikkauksen aikana kirurgi voi korjata kyyneleitä jänteisiin tai kudoksiin.
Kirurgit suorittavat usein tutkivia leikkauksia ammattiurheilijoille. Tämä sisältää tyypillisesti leikkauksen nivelten, lihasten, jänteiden ja kudosten ongelmien havaitsemiseksi. Kyynärpäät, ranteet ja polvet ovat yleisiä loukkaantumisalueita niille, jotka osallistuvat urheiluun ja saattavat tarvita leikkausta ongelman tarkkaan diagnosoimiseksi.
Kun lapsi on niellyt vieraan esineen, joka tarttuu ruoansulatuskanavaan, voi ilmetä vakavia komplikaatioita. Tällaisessa tapauksessa kirurgi voi suorittaa etsintätoimenpiteen suoliston tukosten tarkistamiseksi. Leikkaus on yleensä viimeinen keino, kun ultraääni ei ole tuottanut lopullista diagnoosia.