取出部分肌肉组织并进行显微镜下或其他形式检查的方法，以进一步明确肌肉病变的病因和程度，对神经肌肉疾病具有较大的诊断价值。
肌肉活检可以鉴别病变是肌肉组织本身的或是神经源性的，并且通过显微镜或电镜下对组织化学染色后的切片分析，一些特征性的改变可以帮助鉴别不同种类的神经肌肉疾病。
肌肉活检术为1865年由W.格里辛格（Wilhelm Griesinger，德国，1817～1868）率先实施；1868年，法国神经病学家G.B.A.迪谢纳（Guillaume-Benjamin-Amand Duchenne de Boulogne，1806～1875）制作肌肉活检针研究肌肉疾病；随后1953年D.丹尼-布朗（Derek Denny-Brown）和C.皮尔逊（C.Pearson）撰写了第一部肌肉疾病专著。直至20世纪60年代，恒冷冰冻切片技术、酶组织化学技术和电镜的应用使神经肌肉病的病理诊断有了长足的发展，而中国开展神经肌肉病的临床病理诊断工作则始于20世纪80年代。多种技术的发展促进了肌肉活检术的临床应用。
肌肉活组织检查一般由神经内科医生完成，根据患者病变累及部位选择合适的取材部位，较常见的为肱三头肌、三角肌、岗上肌等，可应用肌电图、肌肉超声及核磁检查辅助活检部位的选取，但应避免明显萎缩及有损伤的肌肉（如近期做过肌电图的部位）。多采用开放性活检，比起针刺活检，这种活检方法能够直视下取材，取得样本更完整可以反映疾病的全貌，并且同样安全。标本根据病变需要进行处理，可以制成石蜡切片或冰冻切片，冰冻切片利用异戊烷—液氮或戊二醛固定标本，能够更好的保留组织结构。
光镜下观察肌肉的形态，能够满足基本的病理诊断，而电镜下可以观察超微结构及特殊结构的改变，如线粒体、肌浆网、肌原纤维及沉淀物。通过常规组织学、组织化学和免疫组化染色等不同的染色技术能更加清楚的显示病变。以肌病最常见的病理变化肌萎缩为例，通过观察肌纤维的改变鉴别肌源性萎缩和神经源性萎缩，肌源性萎缩表现为小圆状萎缩，而神经源性萎缩常常表现为小角状萎缩。I型肌纤维萎缩比较少见，常见于强直性肌营养不良，II型肌纤维萎缩最常见，如重症肌无力、帕金森病等，两种肌纤维均萎缩时见于肌营养不良、炎症肌病，而肌束周围肌纤维萎缩是皮肌炎特征性的改变。不同的染色方法对观察组织不同结构的病理改变各具优势，常常需要结合多种染色方法以及针对不同蛋白的免疫组化检查方能做出诊断。
病理诊断是疾病诊断的“金标准”，随着磁共振（spin magnetic resonance）、肌电图（electromyogram; EMG）、基因检查等无创技术的发展，为神经肌肉疾病的诊断提供了许多新的思路，但仍无一项检查可以取代肌肉活检对于疾病诊断的地位。这一技术也有一定的局限性，一些神经肌肉疾病缺乏特征性的改变，在诊断时要注意结合患者家族史、临床表现和其他检查结果。