A patologia molecular é um ramo da patologia que lida com o exame de moléculas dentro de tecidos, órgãos ou fluidos biológicos que auxiliam no diagnóstico de doenças. Ele se concentra nos aspectos submoleculares da doença. Ensaios de tecidos de imunofluorescência baseados em anticorpos, sequenciamento de DNA, PCR quantitativo são as técnicas empregadas em patologia molecular.