Els darrers anys s’han desenvolupat una sèrie de tècniques de laboratori gràcies a les quals és possible de detectar i identificar partícules pertanyents a l’estructura dels microorganismes, com ara antígens o molècules d’àcids nucleics. Com que aquestes estructures són específiques en cada microorganisme, la detecció que se n’efectuï a partir d’una mostra de líquid o secreció orgànica permetrà d’obtenir la diagnosi etiològica.
Les proves de detecció de partícules microbianes no sempre requereixen la detecció prèvia de cultius i, així, se solen realitzar amb una relativa rapidesa. Això no obstant, com que són de recent aparició i n’hi ha que es troben encara en fase d’experimentació, només es poden efectuar en relació a la identificació d’alguns microorganismes; el marge d’error és de moment superior al que correspon a les proves serològiques.
Entre les proves destinades a investigar l’existència de partícules microbianes cal destacar la detecció d’antígens específics, que s’utilitza sovint en la diagnosi etiològica de meningitis, pneumònia, sèpsia neonatal i faringitis; la detecció d’estructures químiques específiques per cromatografia, que s’empra de vegades per a la diagnosi etiològica de meningitis, i la detecció d’àcids nucleics per proves d’hibridació, que principalment s’utilitza per a obtenir la diagnosi etiològica en alguns casos de gonorrea, paludisme, leishmaniasi i diverses virosis.