Eksploratorna kirurgija je operacija, ki se izvaja izključno v diagnostične namene, brez namena zdravljenja bolezni. Uporablja se lahko za iskanje stvari, ki se ne kažejo z drugimi diagnostičnimi tehnikami, kot je sum raka, ki ga ni mogoče prepoznati v študijah medicinskega slikanja. Uporablja se lahko tudi pri bolnikih, ki ne morejo komunicirati o svojih simptomih, kot so živali. Tovrstna operacija na živalih je precej pogosta, zlasti pri črevesnih obstrukcijah.
Pri raziskovalni kirurgiji je cilj odpreti telo, da bi pogledali notranjost in uporabili informacije, da bi prišli do diagnoze ali prispevali k diferencialni diagnozi. V nekaterih primerih se lahko biopsije odvzamejo za vzorčenje zanimivih območij, vendar izrezi, popravila in drugi kirurški posegi, ki so namenjeni zdravljenju bolezni, niso del operacije. Včasih se kirurški poseg spremeni v raziskovalni, ko kirurg odpre pacienta in ugotovi, da je situacija bolj zapletena, kot se je prvotno zdelo, ter zahteva novo oceno in pristop k zdravljenju.
Ker je operacija lahko nevarna, se raziskovalna operacija izvaja previdno. Pacienta pred operacijo v celoti pregledajo za morebitne znake možnih kirurških zapletov, krvna preiskava pa bo uporabljena za oceno bolnikovega splošnega zdravja, da se ugotovi, ali je operacija varna ali ne. Ko je bolnik opravljen za operacijo, lahko pride do indukcije anestetika, zaradi česar je bolnik nezavesten za poseg.
Pri tradicionalni raziskovalni kirurgiji kirurg naredi rez, uporabi retraktorje, da odpre pacienta, in si ogleda notranjost. Kirurški pripomočki se lahko uporabljajo za premikanje organov, maščobe in mišic za boljši pregled, kirurg pa se lahko posvetuje s kolegom, da razpravlja, kaj se zdi, da se dogaja v pacientu. Ko kirurg zbere potrebne informacije, bo rana zaprta, pacienta pa bodo vzeli iz aparata za anestezijo in ga popeljali v okrevanje.
Danes kirurgi pogosteje uporabljajo laproskopsko kirurgijo, ki je minimalno invazivna vrsta operacije, pri kateri se na koži naredijo majhni zarezi, tako da se lahko vstavijo cevi, ki držijo kamere in kirurška orodja. Kamere se uporabljajo za vizualizacijo kirurškega polja, ki kirurgu omogočajo, da jasno vidi, kaj se dogaja, predmeti v kirurškem polju pa se lahko manipulirajo s sponkami in sondami, vstavljenimi skozi zareze. Čas celjenja po laproskopski operaciji je veliko hitrejši in manj naporen za pacienta.