La patologia (letteralmente “studio della sofferenza”) studia le cause delle malattie e i meccanismi che ne stanno alla base, per consentire la formulazione di una cura. Per molti secoli però non esistette nessun concetto di malattia che venisse condiviso dalla maggior parte dei medici.
I passi compiuti nel '500 dall’anatomia furono importanti anche nella determinazione della concezione anatomica della malattia: infatti con l’aumentare delle dissezioni cadaveriche crebbe l’occasione di imbattersi in inequivocabili alterazioni organiche.

In Italia nel XVI secolo i più grandi anatomisti cominciarono a occuparsi di questa branca della medicina: fu il fiorentino Antonio Benivieni Antonio Benivieni (1433-1502), pioniere dell'anatomia patologica, fu anche il primo a condurre studi empirici sui feti malformati. Fu il primo a descrivere la perforazione intestinale, le dissenterie croniche e i calcoli della cistifellea. il primo a ricercare nei cadaveri le cause di morte e a voler stabilire un collegamento fra sintomatologia clinica e lesioni anatomiche. Fece scoperte rilevanti su diverse patologie, come la dissenteria cronica, la sifilide e i calcoli alla cistifellea. Nella sua opera De abditis nonnullis ac mirandis morborum et sanationum causis (1507) sono contenute più di cento osservazioni anatomo- patologiche.

In seguito Alessandro BenedettiAlessandro Benedetti (1450 ca- 1522), fu il fondatore della scuola anatomica di Padova, dove fece costruire il primo teatro anatomico in legno, smontabile; fu chirurgo capo dell’armata italiana nella campagna contro Carlo VIII., lettore di anatomia a Padova e poi a Venezia, ebbe il merito di aver rinnovato la ricerca anatomica prima dello stesso Vesalio.
Le sue lezioni di anatomia, svolte senza aderire a nessun indirizzo scientifico del suo tempo, attirarono le attenzioni di personalità illustri, fra cui anche l’imperatore Massimiliano I.
Fu di Benedetti la proposta di estendere le autopsie, allora eseguite solo su cadaveri dei giustiziati, anche ai morti in seguito a malattie di diversa origine, in modo da poter osservare le lesioni indotte negli organi interessati.
La sua opera Singulis corporis morbis a capite ad pedes generatim membratimque remedia, causae eorumque signa (1533), considerata una vera e propria enciclopedia medica al suo tempo, fu il risultato di queste osservazioni.
Nel campo dell’anatomia patologica, interessanti furono i suoi studi sulla sifilide, di cui individuò la natura infettiva e le modalità di contagio. Benedetti inoltre, grazie all’esperienza medica maturata durante la campagna contro Carlo VIII, aveva un’ottima conoscenza delle ferite da arma da fuoco. Fra le sue opere la più ricordata è l’Historia corporis humani sive anatomice (1493), in cui si distacca dall’antica tradizione medica galenica e in cui rimarca la necessità di «sottoporre i cadaveri a un esame anatomico per scoprire i principi specifici del male per poter così essere in grado di giovare ai vivi nei quali essi riapparissero» (Historia corporis humani […], 1502, I, p.I).

L’esempio di Benedetti fu ripreso da numerosi medici in tutta Europa, come per esempio da Jean Fernel Jean Fernel (1497- 1558) fisico francese, medico di corte di Enrico II di Francia, fu il primo a introdurre il termine "fisiologia" in medicina. Egli fu inoltre un insigne astronomo: con la sua Cosmotheoria fornì la prima misura moderna del grado longitudinale terrestre.: professore dell’università di Parigi, sostenitore della dottrina galenica, utilizzò l’osservazione anatomica delle lesioni per avviare una trattazione sistematica della patologia.
Egli credeva che il corpo umano fosse costituito da umori, da elementi solidi e da funzioni: secondo lui negli umori risiedeva la causa remota della malattia, nei solidi la malattia stessa, mentre dalle funzioni dipendevano i sintomi. Causa finale della malattia era la lesione delle funzioni e talvolta la loro estinzione, motivo per cui secondo lui la patologia costituiva, nella medicina, il settore opposto a quello della fisiologia.
In Pathologia, sezione di Universa medicina, espose le sue teorie relative all'anatomia patologica, sottolineando l'importanza delle necroscopie, nel De vacuandi ratione (1545) invece condannò l'indiscriminato ricorso al salasso.