سیتولوژی یا سیتوپاتولوژی، شاخه‌ای از پاتولوژی است که به بررسی سلول‌های جدا شده از بافت‌ها برای تشخیص بیماری‌ها، به‌ویژه سرطان، می‌پردازد. این روش با استفاده از تکنیک‌هایی مانند تست پاپ اسمیر یا آسپیراسیون با سوزن ظریف انجام می‌شود.
بر خلاف نمونه‌برداری بافتی، سیتولوژی معمولاً کم‌هزینه‌تر، راحت‌تر و با عوارض کمتر است. با این حال، گاهی دقت بیوپسی بیشتر است.
از این روش می‌توان برای تشخیص بیماری یا غربالگری (پیش از بروز علائم) استفاده کرد. برای مثال، تست پاپ اسمیر یکی از موفق‌ترین آزمایش‌های غربالگری در تاریخ پزشکی است.
نمونه‌گیری می‌تواند از مایعات بدن (مثل ادرار، خلط، مایع مغزی-نخاعی یا مایع شکمی) یا از طریق سوزن ظریف انجام شود. گاهی هم سلول‌ها با تراشیدن ملایم از ناحیه مورد نظر جمع‌آوری می‌شوند، مانند تست پاپ اسمیر از دهانه رحم.
با وجود برخی نگرانی‌ها درباره انتشار سلول‌های سرطانی حین نمونه‌برداری با سوزن، این روش همچنان یکی از ابزارهای مؤثر در تشخیص اولیه سرطان‌هاست.