Sinh thiết thần kinh và cơ thường được thực hiện đồng thời.
Sinh thiết thần kinh có thể giúp phân biệt bệnh đa dây thần kinh tổn thương sợi trục với mất myelin khi các xét nghiệm khác không chắc chắn. Cần chọn một dây thần kinh chi phối cho khu vực bị ảnh hưởng.
Nếu bệnh lý đa dây thần kinh theo dõi do viêm mạch, phải lấy cả mẫu bệnh phẩm da để tăng khả năng phát hiện bất thường đặc trưng của mạch máu.
Nếu sinh thiết cho thấy mất đầu tận cùng thần kinh, sinh thiết da có thể giúp khẳng định chẩn đoán bệnh đa dây thần kinh sợi nhỏ.
Sinh thiết cơ có thể giúp chẩn đoán xác định bệnh lý cơ.