L'anatomia microscopica venne impostata nel Seicento prima da Federico Cesi e Francesco Stelluti nell'Apiarium, poi da Giovanni Battista Hodierna nell'Occhio della mosca e da Marco Aurelio Severino nella Zootomia Democritaea. Ma fu sviluppata in tutte le sue potenzialità da Marcello Malpighi. Come Galileo aveva avviato con il telescopio l'esplorazione della grande macchina dell'universo, così Malpighi si propose con il microscopio di svelare la struttura nascosta della macchina del corpo umano.

Nel corso del XVII secolo, grazie a Descartes e Giovanni Alfonso Borelli, i nuovi metodi della fisiologia meccanicista presero progressivamente il sopravvento sull'antica medicina galenica. Le cause del funzionamento degli organismi venivano ormai ricercate nella struttura minuta degli organi, nei segreti macchinismi delle fibre, dei fluidi e delle particelle rivelate dal microscopio. Nel 1665 Robert Hooke osservò per primo le cellule dei vegetali, senza che la scoperta avesse alcuna conseguenza pratica. Questa concezione del funzionamento della vita verrà portata al massimo sviluppo da Giovanni Battista Morgagni, che pose le basi della moderna anatomia patologica.

Grazie alla combinazione dell'anatomia "sottile" e dell'ingrandimento microscopico in breve tempo venne riscritta l'intera anatomia umana ed animale: Thomas Bartholin scoprì i vasi linfatici; Malpighi osservò la struttura alveolare dei polmoni, i recettori papillari della lingua e il collegamento diretto tra vasi arteriosi e venosi; inoltre individuò i globuli rossi del sangue e descrisse con precisione le prime fasi dello sviluppo embrionale del pulcino; Lorenzo Bellini svelò la struttura e la funzione dei reni; Francesco Redi illustrò la straordinaria complessità dell'organizzazione degli insetti; Thomas Wharton formulò la teoria delle ghiandole come organi secretori; Niels Stensen e Giovanni Alfonso Borelli descrissero la dinamica del movimento muscolare; Thomas Willis e poi Albrecht von Haller indagarono la struttura del sistema nervoso e la dinamica delle funzioni neuro-muscolari.