Galutinė melanomos diagnozė nustatoma tik atlikus histologinį darinio ištyrimą. Dažniausiai atliekama ekscizinė biopsija per visą odos storį su 1- 3 mm sveikų audinių kraštu. Tai reiškia, jog pašalinamas ne tik pats darinys, bet ir nedidelė dalis aplinkinės odos. Radikalaus pašalinimo technika priklauso nuo naviko dydžio.
Atliekant histologinį tyrimą, vertinama darinio ir jį sudarančių ląstelių architektūriniai bei struktūriniai ypatumai. Kiekvienas melanomos tipas turi savitų histologinių bruožų. Sunkiais diagnostiniais atvejais ar tiriant įtariamas melanomos metastazes, atliekami imunohistocheminiai (t. y., ląstelių žymenų) tyrimai. Taip pat atliekami molekuliniai tyrimai dėl dažniausių mutacijų (pvz., BRAF geno mutacijų). Tai svarbu planuojant gydymą sisteminiais vaistais.
Histologinio tyrimu metu nustatomas melanomos tipas, naviko storis, išplitimas į kraujagysles, pjūvio kraštai (t. y., ar navikas pašalintas radikaliai, pjūvio kraštuose nėra auglio ląstelių), augimo fazė, regresijos požymiai, invazijos gylis į odą ir kiti ligos prognostiniai parametrai.
Šio tyrimo metu gauti duomenys ne tik patvirtina galutinę diagnozę, bet ir padeda sudaryti tolesnį gydymo bei paciento stebėjimo planą.
