O diagnóstico de doenças bacterianas pode ser realizado por diversos procedimentos, mas o diagnóstico definitivo é realizado pelo isolamento e identificação do agente bacteriano a partir de materiais clínicos. Esse procedimento é conhecido normalmente como exame in situ.

Na fase aguda da malária, o diagnóstico etiológico é realizado, preferencialmente, pela detecção do parasito através de métodos moleculares, utilizando a PCR (polymerase chain reaction). Também pode ser realizado por métodos parasitológicos (gota espessa e esfregaço) e imunológicos, sendo o mais utilizado o ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay). 

Alguns microrganismos não podem ser visualizados ao microscópio óptico e outros não crescem em meios de cultivo. Neste caso, deve-se privilegiar os métodos moleculares de diagnóstico, que são métodos diretos, apesar de sua menor capacidade de discriminação e necessidade de técnicos especializados.

O diagnóstico microbiológico por cultivo dos microrganismos permite a recuperação do agente etiológico e sua utilização futura para estudos científicos epidemiológicos e testes de susceptibilidade a drogas. Para cultivar microrganismos em sistemas artificiais, deve-se obedecer a requisitos básicos, como a utilização de um meio com aporte nutritivo adequado para aquele microrganismo, além de condições físico-químicas adequadas para seu desenvolvimento.

A PCR é uma técnica de laboratório usada para fazer muitas cópias (milhões ou bilhões) de uma região específica do DNA. Tipicamente, o objetivo da PCR é fabricar quantidade suficiente da região de interesse do DNA, de modo que essa possa ser analisada e utilizada de alguma outra maneira. Assim, os resultados de uma reação PCR são geralmente visualizados (tornam-se visíveis) através do uso da eletroforese em gel. Nessa técnica, os fragmentos de DNA são puxados por uma corrente de íons através de uma matriz de gel, separando os fragmentos de DNA de acordo com o tamanho. Um padrão, ou escada de DNA, é tipicamente incluído para que o tamanho dos fragmentos nas amostras da PCR possa ser determinado.