Kadar zdravnik ne more postaviti dokončne diagnoze za bolnika, lahko izvede raziskovalno operacijo. Če pacient trpi zaradi zdravstvenih težav, ki jih ni mogoče diagnosticirati, bo raziskovalna operacija vključevala odpiranje področja telesa, da bi raziskali namige. Te postopke je mogoče uporabiti za diagnosticiranje raka, športnih poškodb ali notranjih poškodb, ki so nastale v nesrečah, kot so prometne nesreče.
Ena vrsta raziskovalne operacije, ki se izvaja s kamero, je znana kot laparoskopska kirurgija. Kamera se lahko vstavi v trebuh, medenično območje ali drugo regijo, kar kirurgom omogoča boljši pregled bolezni ali travme. Kirurg lahko opravi tudi raziskovalno operacijo na pacientu, ki je prejel poškodbe, ki so povzročile notranjo krvavitev ali hematom. V nekaterih primerih je morda potrebna raziskovalna operacija na nerojenem otroku, če obstaja sum na deformacijo ali drugo življenjsko nevarno stanje.
Morda je najpogostejša vrsta raziskovalne operacije tista, ki se izvaja na bolnikih z rakom. To je lahko koristno za zdravnike, da preverijo ponovitev rakavih tumorjev, tudi po tem, ko je bolnik prejel obsevanje.
Pri ženskah v rodni dobi se lahko izvede raziskovalna operacija za stanje, znano kot endometrioza. Laparoskopska kirurgija za endometriozo omogoča kirurgu, da si ogleda medenično območje in poišče ciste ali druge težave. Endometrioza lahko ženskam prepreči zanositev, raziskovalna operacija za preverjanje in odpravo tega stanja pa lahko nekaterim ženskam pomaga pri zanositvi.
Čeprav lahko uporaba slikanja z magnetno resonanco (MRI) zdravnikom omogoči natančno diagnozo, obstajajo primeri, ko MRI morda ne bo odkril določenih tumorjev ali drugih težav. Nekateri posamezniki, ki so utrpeli poškodbe kolena, se lahko odločijo za raziskovalno operacijo, če MRI ne more zaznati solz, ki bi lahko povzročile bolečino in nepremičnost. Ta vrsta operacije se lahko izvaja tudi pri bolnikih s poškodbami rame. Med operacijo lahko kirurg popravi raztrganine kite ali tkiva.
Kirurgi pogosto izvajajo raziskovalne operacije na profesionalnih športnikih. To običajno vključuje operacijo za odkrivanje težav, ki vključujejo sklepe, mišice, kite in tkiva. Komolci, zapestja in kolena so pogosta področja poškodb za tiste, ki se ukvarjajo s športom in morda potrebujejo operacijo za natančno diagnosticiranje težave.
Ko otrok pogoltne tujek, ki se zagozdi v prebavnem traktu, se lahko pojavijo resni zapleti. V takem primeru lahko kirurg izvede raziskovalno operacijo, da preveri črevesne ovire. Operacija je na splošno zadnja možnost, če ultrazvok ni dal dokončne diagnoze.