在临床诊断困难、病因不清时，如有条件可选择脑、神经或肌肉活组织检查，神经或肌肉活检还可与EMG检查相结合以确诊。活检的缺点是特异性相对不足，但随着组织化学、免疫组化及DNA分析等技术的应用，病理诊断阳性率不断提高。有时受取材部位、取材数量及操作者水平等限制，可能得到与实际病情不符的诊断结论或假阴性结果，故在活检前必须全面评估有无活检指征，并在有经验医生操作下进行。

脑活组织检查简称脑活检，是通过脑局部组织病理检查达到辅助诊断的目的。取材途径主要取决于病变部位，近年来多采取在CT、MRI或计算机辅助立体定向导航系统引导下行脑组织活检，具有定位准、创伤小的优点。脑活检标本根据需要行特殊处理后，制成冷冻切片和石蜡切片等，然后用不同的染色技术显示病变。脑活检属创伤性检查，有可能造成严重后果，要慎重考虑，尤其是对重要脑功能区的活检更应慎重。临床主要用于脑肿瘤、亚急性硬化性全脑炎、遗传代谢性脑病如脂质沉积病、黏多糖沉积病和脑白质营养不良等疾病的诊断。

神经活组织检查适用于经过全面检查而病因仍未明确的周围神经病，对明确病变的性质和病变程度、判断病因有重要价值。

最常见的取材部位是在外踝后上方取腓肠神经，约3cm，因该神经走行表浅、易于寻找、活检后遗症较轻。神经活检切片经不同染色在光镜下可观察有髓纤维密度及大小，髓鞘、轴索损伤及再生情况。电镜下可观察无髓纤维及超微结构改变，如线粒体改变、糖原颗粒、脂滴、异染颗粒等及神经间质改变。有助于遗传、中毒、代谢性周围神经疾病的诊断及脱髓鞘性周围神经疾病（如Guillain-Barrè综合征）与轴索损害性周围神经疾病（如糖尿病性、酒精中毒性周围神经疾病）的鉴别，以及血管炎（如结节性多动脉炎）、原发性淀粉样变性、麻风性神经病、多葡聚糖体病、蜡样脂褐质沉积病等的诊断。

皮肤神经活检：通过免疫组织化学或荧光染色的方法显示皮肤标本中的神经组织，定量观察上皮神经纤维密度和皮肤神经纤维的形态学改变。用于评价无髓纤维和小的有髓纤维，可作为周围神经疾病的一种检测手段，多于外踝上10cm处取材，具有取材方便，安全，创伤性小，易于多点、重复取材的优点。临床多用于小纤维神经病（SFN）、常染色体显性遗传病合并皮质下梗死和白质脑病（CADASIL）、糖尿病性周围神经疾病、自主神经性周围神经疾病、Lafora病等的诊断与鉴别诊断。

肌肉活组织检查简称肌活检。检测时一般选择中度受累的肌肉，但应避免在肌电图检查针刺部位取材，因其有局部坏死和炎性损伤影响判断。取材部位一般包括肱二头肌、三角肌、股四头肌和腓肠肌等。急性病变可选择受累较重甚至伴疼痛的肌肉，但应避免严重萎缩的肌肉。常用检测方法包括组织病理学、免疫组织化学、免疫细胞化学、电镜等。标本按处理方法的不同可以从肌纤维形态、肌细胞结构改变、炎性细胞浸润、肌间质改变、特异性蛋白及酶的表达及电镜下特异性形态学改变等方面进行检测。肌活检对许多肌肉疾病都有特异性诊断价值，有助于明确肌肉病变的病因和程度，鉴别神经源性和肌源性肌萎缩。需要注意的是，诊断肌病时，患者常常需要同时行EMG和肌活检，两者具有互补性，有时EMG提示肌病的患者肌活检正常。