Muchos de los descubrimientos realizados en el siglo XIX hicieron posible los importantes avances en el diagnóstico y tratamiento de la enfermedad y de los métodos quirúrgicos. El médico austriaco Leopold Auenbrugger contribuyó al desarrollo de los procedimientos diagnósticos de las enfermedades torácicas en el siglo XVIII; para ello, utilizó el método de la percusión, descrito por primera vez en 1761. Su trabajo, sin embargo, fue ignorado hasta 1808 cuando se publicó una traducción francesa por el médico personal de Napoleón. Hacia 1819, el médico francés René Théophile Hyacinthe Laënnec inventó el fonendoscopio, todavía hoy el instrumento más usado por los médicos. Numerosos clínicos británicos importantes asimilaron los nuevos métodos de diagnóstico de enfermedades; como resultado, sus nombres se convirtieron en familiares para la identificación de determinadas enfermedades. El médico Thomas Addison descubrió el trastorno de las glándulas suprarrenales conocido como enfermedad de Addison; Richard Bright diagnosticó la nefritis o enfermedad de Bright; Tomas Hodgkin describió una enfermedad maligna del sistema linfático conocida por enfermedad de Hodgkin; el cirujano y paleontólogo James Parkinson describió la enfermedad crónica del sistema nervioso denominada enfermedad de Parkinson; y el médico irlandés Robert James Graves diagnosticó el bocio exoftálmico, tóxico, también denominado enfermedad de Graves.
La medicina está en deuda con las universidades alemanas y los descubrimientos científicos que desterraron las reminiscencias que aún persistían de la teoría tradicional de los humores. De importancia fundamental fue el desarrollo, por parte del botánico alemán Matthias Jakob Schleiden, de la teoría celular del desarrollo embrionario que abrió camino para el estudio microscópico de los tejidos enfermos. El anatomista y fisiólogo alemán Theodor Schwann aplicó más tarde las teorías celulares de Schleiden a la evolución de la vida animal. El trabajo del anatomista y fisiólogo Marie François Xavier Bichat en el estudio sistemático de los tejidos humanos fue la piedra angular de la histología. El patólogo y médico austriaco barón Karl von Rokitansky, que realizó más de 30.000 autopsias, fue el primero en detectar el origen bacteriano de la endocarditis. Otros fundadores de la patología microscópica fueron Theodor Schwann, el fisiólogo y neurólogo alemán Robert Remak, el fisiólogo checo Jan Evangelista Purkinje, el anatomista y fisiólogo suizo Rudolf Albert von Koliker y el patólogo y anatomista alemán Friedrich Gustav Jacob Henle. En Alemania, el biólogo estoniano Karl Ernst von Baer realizó una investigación pionera en embriología con el descubrimiento del óvulo humano y el fisiólogo alemán Johannes Peter Müller introdujo el concepto de la energía específica de los nervios. La culminación de esta extraordinaria serie de investigaciones se recoge en el trabajo del patólogo alemán Rudolf Virchow, cuya doctrina sobre la célula como asiento de la enfermedad es considerada la teoría fundamental de la ciencia médica moderna.
La teoría de la evolución de Charles Darwin reavivó el interés por la ciencia de la anatomía y la fisiología comparadas; los experimentos sobre el cruce de plantas del biólogo austriaco Gregor Johann Mendel tuvieron un efecto similar ya que estimularon los estudios sobre la genética humana y la herencia.
Los primeros estudios del químico y microbiólogo francés Louis Pasteur sobre la fermentación acabaron con el concepto de la generación espontánea y aportaron un resurgimiento del interés en la teoría de que la enfermedad es el resultado de un contagio específico. El trabajo pionero sobre la fiebre puerperal del médico y autor estadounidense Oliver Wendell Holmes y del obstetra húngaro Ignác Fülöp Semmelweis demostraron que la elevada tasa de mortalidad en mujeres después del parto era achacable a agentes infecciosos transmitidos por las manos contaminadas de los médicos.
De igual importancia son las contribuciones de Pasteur y del médico y bacteriólogo alemán Robert Koch en el campo de la bacteriología; el desarrollo de este campo se considera el avance individual más importante en la historia de la medicina. En pocas décadas, se aislaron las causas de procesos tan conocidos como el carbunco, la difteria, la tuberculosis, la enfermedad de Hansen (lepra) y la peste. El fisiólogo alemán Emil Heinrich Du Bois-Reymond con sus estudios aportó el conocimiento de los procesos metabólicos y de la fisiología de los músculos y los nervios.
Entre los primeros bacteriólogos se encontraban el fisiólogo alemán Edwin Theodore Albrecht Klebs que aisló el bacilo causante de la difteria e investigó la bacteriología del ántrax y la malaria; el bacteriólogo alemán Friedrich August Johannes Löffler, que descubrió la bacteria causante de la gonorrea, y el médico noruego Gerhard Henrik Hansen, que descubrió el bacilo causal de la lepra. El ginecólogo alemán Karl Sigismund Franz Credé desarrolló un método que consistía en administrar gotas de una solución antiséptica de nitrato de plata en los ojos de los recién nacidos para prevenir la oftalmia gonocócica. El método de inmunización de Pasteur mediante el cual se inyectaban virus atenuados se empleó con éxito en el tratamiento de la rabia; el bacteriólogo alemán Emil Adolph von Behring desarrolló sueros inmunizantes contra la difteria y el tétanos. El bacteriólogo ruso Iliá Mechnikov fue el primero en describir los fagocitos destructores de bacterias y otros elementos extraños al organismo. La fagocitosis es una propiedad que presentan algunas células blancas de la sangre o leucocitos.
La cirugía se benefició de manera significativa de la teoría de los gérmenes. El cirujano británico y biólogo Joseph Lister adoptó el uso del ácido carbólico como agente antiséptico con resultados importantes en el descenso de la mortalidad debida a la infección de las heridas. Las pruebas aportadas por Lister que demostraban que las bacterias se transmiten a través del aire permitieron, más tarde, comprender dicha transmisión por medio de las manos y los instrumentos, cuya esterilización introdujo la era de la cirugía aséptica. Otro de los grandes avances de la cirugía llegó con el descubrimiento de los anestésicos.
Con el progreso de la física y la química, se produjo un enorme avance de la fisiología durante el siglo XIX. Entre los más conocidos fisiólogos de este periodo se encuentran el químico alemán Justus von Liebig, que desarrolló los métodos analíticos de la química orgánica y química de los alimentos y el metabolismo, el físico y fisiólogo alemán Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz, quien inventó el oftalmoscopio y el oftalmómetro, investigó la velocidad de los impulsos nerviosos y de los procesos reflejos y llevó a cabo estudios relevantes sobre óptica y acústica. El fisiólogo francés Claude Bernard, fundador de la medicina experimental, realizó importantes descubrimientos sobre las funciones del páncreas, el hígado y el sistema nervioso simpático. El trabajo de Bernard sobre la interacción del aparato digestivo y el sistema vasomotor, que controla el tamaño de los vasos sanguíneos, fue desarrollado por el fisiólogo ruso Iván Petróvich Pávlov, autor de la teoría del reflejo condicionado, base posterior del conductismo.
Entre los otros fisiólogos del siglo XIX destacan el médico francoestadounidense y fisiólogo Charles Edourdar Brown-Séquard, que investigó la función de varias glándulas del sistema endocrino, y Carl Friedrich Wilhelm Ludwig, fisiólogo alemán que exploró la actividad cardiaca y renal. El trabajo del histólogo español Santiago Ramón y Cajal contribuyó al conocimiento moderno de la estructura y función del sistema nervioso.
Otra ayuda de inestimable valor diagnóstico fueron los rayos X, descubiertos de forma accidental por el físico alemán Wilhelm Conrad Roentgen. El médico danés Niels Ryberg Finsen desarrolló una lámpara de rayos ultravioletas, hecho que mejoró el pronóstico de algunas enfermedades de la piel. El descubrimiento del radio por los físicos franceses Pierre y Marie Curie permitió tratar algunas formas de cáncer.
En 1803, el biólogo estadounidense John Richardson Young describió el proceso de la formación de ácido en la digestión gástrica. Treinta años más tarde el cirujano estadounidense William Beaumont publicó sus interesantes estudios sobre los jugos gástricos y la fisiología de la digestión basados en la observación de un paciente que padecía de una fístula gástrica. En el capítulo de la ginecología el médico y cirujano estadounidense Ephraim McDowell realizó la primera extirpación quirúrgica de un tumor de ovario, y el ginecólogo James Marion Sims salvó la vida de muchas mujeres con la corrección quirúrgica de la fístula vesicovaginal (comunicación entre la vejiga y la vagina) realizada por primera vez en 1845.
En 1898 el médico británico Ronald Ross demostró el papel del mosquito como transmisor del parásito de la malaria. En 1900, el médico, cirujano y bacteriólogo del ejército estadounidense Walter Reed y sus colaboradores, tras trabajar sobre una sugerencia realizada por el biólogo cubano Carlos Juan Finlay, demostraron que el mosquito era el vector de la fiebre amarilla.
Durante varias décadas después de la Independencia (1821), las repúblicas hispanoamericanas continuaron ejerciendo la medicina basada en las instituciones procedentes de la época anterior, como el Protomedicato y los hospitales de las órdenes religiosas.
Con el paso de los años y al regresar de las universidades y hospitales europeos los primeros médicos hispanoamericanos que se habían trasladado a Europa a formarse en las nuevas corrientes de la medicina moderna, introdujeron en estos países métodos del diagnóstico anatomo-clínico, como la auscultación, la percusión y la exploración ordenada; se fueron conociendo mejor las funciones fisiológicas, la anatomía patológica o la terapéutica racional.
Hacia 1850, en casi todos los países se empleaba la anestesia quirúrgica con éter o cloroformo, y se construían hospitales con quirófanos, que adoptaron la cirugía aséptica, lo que permitió realizar intervenciones cavitarias.
Los avances y los descubrimientos más recientes llegaron con prontitud y su aplicación se fue haciendo más intensiva, especialmente en las ciudades y centros de mayor contacto con el exterior.