Ja ārsts nevar pacientam noteikt galīgo diagnozi, viņš var veikt pētniecisko operāciju. Ja pacientam ir veselības problēmas, kuras nevar diagnosticēt, pētnieciskā operācija ietvers ķermeņa zonas atvēršanu, lai izpētītu pavedienus. Šīs procedūras var izmantot, lai diagnosticētu vēzi, sporta traumas vai iekšējos ievainojumus, kas gūti negadījumos, piemēram, automašīnu avārijās.
Viena veida izpētes ķirurģija, ko veic ar kameru, ir pazīstama kā laparoskopiskā ķirurģija. Kamera var tikt ievietota vēderā, iegurņa zonā vai citā reģionā, lai ķirurgi varētu labāk redzēt slimību vai traumu. Ķirurgs var veikt arī pētniecisko operāciju pacientam, kurš guvis ievainojumus, kas izraisa iekšēju asiņošanu vai hematomu. Dažos gadījumos, ja ir aizdomas par deformāciju vai citu dzīvībai bīstamu stāvokli, var būt nepieciešama pētnieciska operācija nedzimušam bērnam.
Iespējams, visizplatītākā pētnieciskā operācija ir tāda, ko veic vēža slimniekiem. Tas var būt noderīgi ārstiem, lai pārbaudītu vēža audzēju atkārtošanos pat pēc tam, kad pacients ir saņēmis staru terapiju.
Sievietēm reproduktīvā vecumā var veikt pētniecisku operāciju stāvokļa, kas pazīstams kā endometrioze, ārstēšanai. Laparoskopiskā endometriozes operācija ļauj ķirurgam apskatīt iegurņa zonu, lai meklētu cistas vai citas problēmas. Endometrioze var neļaut sievietēm iestāties grūtniecība, un pētnieciska ķirurģija, lai pārbaudītu un mainītu šo stāvokli, var palīdzēt dažām sievietēm ieņemt bērnu.
Lai gan magnētiskās rezonanses attēlveidošanas (MRI) izmantošana var ļaut ārstiem veikt precīzu diagnozi, ir gadījumi, kad MRI var neizdoties atklāt noteiktus audzējus vai citas problēmas. Dažas personas, kas cietušas no ceļgala ievainojumiem, var izvēlēties veikt pētniecisko operāciju, ja MRI nespēj noteikt asaras, kas varētu izraisīt sāpes un nekustīgumu. Šāda veida operācijas var veikt arī pacientiem ar plecu traumām. Operācijas laikā ķirurgs var salabot cīpslu vai audu plīsumus.
Ķirurgi bieži veic pētnieciskas operācijas profesionāliem sportistiem. Tas parasti ietver operāciju, lai atklātu problēmas, kas saistītas ar locītavām, muskuļiem, cīpslām un audiem. Elkoņi, plaukstas un ceļgali ir izplatītas traumu vietas tiem, kas piedalās sportā, un var būt nepieciešama operācija, lai precīzi diagnosticētu problēmu.
Kad bērns norijis svešķermeni, kas nokļūst gremošanas traktā, var rasties nopietnas komplikācijas. Šādā gadījumā ķirurgs var veikt pētniecisko operāciju, lai pārbaudītu zarnu aizsprostojumus. Operācija parasti ir pēdējais līdzeklis, ja ultraskaņa nav devusi pārliecinošu diagnozi.