Jos tutkittava muutos on pintaa syvemmällä, näytteenotto vaatii enemmän työtä. Esimerkiksi elimistä voi ottaa näytteitä ultraääniohjatusti: etsitään haluttu kohta, tähdätään ja otetaan näyte. Tämä vaatii taitoa ja tarkkuutta näytteenottajalta sekä hyvää välineistöä. Eläin tulee yleensä rauhoittaa syvempiä näytteenottoja varten, jotta se pysyy paikoillaan tarvittavan ajan.
Ohutneulanäytettä enemmän tietoa antaa paksuneulanäyte, jolla saa pelkkien solujen sijaan kudoksesta palan. Kudosta voidaan ottaa näytteeksi myös avoleikkauksella tai tähystäen, jolloin toimenpide tehdään yleisanestesiassa. Tällöin näytteet saadaan tarkasti halutuista kohdista, mutta toimenpide vaatii enemmän. Tähystyksellä näytteenotto käy erityisen kätevästi putkimaisista elimistä, kuten mahasuolikanavasta tai hengitysteistä.
Koepalat laitetaan edelleen patologin käsiteltäväksi ja arvioitaviksi.