U medicini, mikrokirurgija se odnosi na niz kirurških tehnika koje koriste kirurški mikroskop. Ove tehnike se danas koriste u većini grana kirurgije, uključujući plastičnu kirurgiju, ginekološku kirurgiju, ortopedsku kirurgiju, dječju kirurgiju i maksilofacijalnu kirurgiju. Najčešće primjene su one gdje je potrebna rekonstrukcija tkiva, jer mikrokirurški instrumenti omogućuju kirurgu da pričvrsti ili ponovno spoji organe, tkiva i dijelove kože. Mikroskopi koje kirurg koristi tijekom rekonstruktivne mikrokirurgije, zajedno s minijaturnim instrumentima, koje ponekad pokreću računala, omogućujući da se sitni živci i krvne žile poravnaju i poprave.
Laserska mikrokirurgija je posebna vrsta operacije koja uključuje korištenje mikroskopa uz laser. Laser omogućuje kirurgu manje invazivan pristup. Ova vrsta operacije ponekad omogućuje kirurgu da popravi organe ili ukloni kancerogene mase bez potrebe za fizičkim rezovima.
U endoskopskoj mikrokirurgiji, mikroskop se postavlja na instrument koji se naziva endoskop. Endoskop je fleksibilna, ili ponekad kruta cijev koja se umetne u tijelo kroz prirodni otvor ili rez. Kada se za umetanje endoskopa koristi rez, ponekad se za ove vrste zahvata koristi izraz kirurgija ključanice. Endoskop pruža izvor svjetlosti i sredstvo za prijenos slike natrag kroz cijev za kirurg za gledanje kroz okular ili na video zaslon. Kirurg tada može izvesti različite kirurške postupke umetanjem skalpela, lasera ili drugih instrumenata u kanal u endoskopu.
Postoje mnoge primjene za korištenje mikroskopa u endoskopskoj kirurgiji, uključujući liječenje crijeva, pluća, ušnog kanala i maternice kod žena. Transanalna endoskopska mikrokirurgija (TEM) primjer je kirurškog pristupa koji se s velikim uspjehom koristi za liječenje lezija u rektumu. U prošlosti se ova vrsta operacije morala izvoditi putem opsežnih abdominalnih rezova. Neki oblici mikrokirurgije na ruci također koriste endoskop.
Lumbalna kirurgija je još jedno područje u kojem pacijenti mogu imati velike koristi od uporabe mikroskopa i sićušnih instrumenata. Redovita lumbalna kirurgija obično uključuje veliki rez, za koji je potrebno dugo vremena da zacijeli. Lumbalna mikrokirurgija omogućuje kirurgu da napravi vrlo mali rez i izvede delikatne operacije, kao što je uklanjanje oštećenih dijelova kosti ili kralježničnog diska.