Анатомия применяет широкий арсенал методов исследования. Детали строения изучаются на мертвых объектах: трупах, извлеченных из организма органах, кусочках органов или тканей, взятых прижизненно в ходе биопсии (биоптатах крови, костного мозга, мышц и др.). При работе на трупе используются методы послойного рассечения тканей с последующей препаровкой (выделением) структурных компонентов, подлежащих изучению. Для облегчения этой работы и предохранения препарата от гниения его фиксируют специальными растворами, чаще всего слабым раствором формалина. Кровеносные и лимфатические сосуды, протоки желез хорошо выявляются при их предварительном заполнении застывающими массами (метод инъекции). Можно удалить окружающие мягкие ткани, подвергнув препарат действию кислоты. Тогда остается слепок образований, заполненных инъекционной массой (метод коррозии).
Изучение анатомии живого человека требует использования относительно безвредных методов исследования. С этой целью применяются рентгеновские лучи и ультразвук (методы рентгенографии и ультразвуковой эхо-локации). При этом дифференцируются органы обладающие различной пропускной способностью по отношению к данным физическим агентам. Началом рентгенологических исследований в анатомии послужило применение в 1895— 1896 гг. анатомами П.Ф. Лесгафтом и В.Н. Тонковым и физиком П.Н. Лебедевым (независимо друг от друга) лучей Рентгена для выявления костей кисти. Сегодня наряду с обычными приемами рентгенографии и рентгеноскопии существуют кинорентгенография, микрорентгенография, электрорентгенография, цветная рентгенография, ЭВМ-томография. Большими перспективами обладает метод ядерно-магнитного резонанса, который используется для изучения мягких тканей.
К числу наиболее широко распространенных относятся методы антропометрии и антропоскопии, позволяющие определить общие (тотальные) и частные (парциальные) размеры тела (продольные, поперечные, обхватные) и толщину кожно-жировых складок, оценить в условных единицах (баллах) выраженность признаков, не подлежащих метрическим измерениям (например, вторичных половых признаков — развитие волосяного покрова, форму и размеры молочной железы у девочек, форму гортани у мальчиков). Современная микроскопическая анатомия и гистология используют методы избирательного окрашивания отдельных структур, жиров, ферментов и т. п. на срезах тканей толщиной в несколько микронов с последующим изучением этих препаратов под микроскопами, дающими увеличение объектов в сотни или тысячи раз. Наряду со световой микроскопией существует электронная, позволяющая увеличить изображение в десятки и сотни тысяч раз. С ее помощью изучается строение клетки и ее компонентов.