Le categorie strumentali di uso corrente sono gli esami di laboratorio, fra i quali spicca l’esame del liquor, le tecniche neurofisiologiche e le tecniche di immagine. Maggiormente di nicchia sono gli esami istologici delle biopsie e le ricerche genetiche.

          L'esame del liquor cerebrospinale, contenuto fra le meningi e nei ventricoli encefalici, conserva il suo valore nella diagnosi delle patologie infiammatorie e infettive del tessuto nervoso e delle meningi. Richiede la puntura lombare, effettuata nello spazio fra le vertebre 3°-4°o 4°-5° lombari o fra la 5° lombare e la 1° sacrale. La manovra è temutissima, anche se non più dolorosa del  prelievo di sangue da una vena. Agevole nei soggetti collaboranti, può diventare laboriosa nei soggetti obesi o con processi artrosici avanzati delle vertebre lombo-sacrali o quando il paziente spaventato inarca a schiena appena il medico si avvicina..

         Gli esami neurofisiologici misurano le variazioni dei potenziali elettrici che accompagnano il lavoro delle cellule nervose e muscolari. Forniscono indicazioni assai importanti sul livello funzionale del cervello (elettroencefalografia, EEG), delle vie sensitive e motorie (potenziali evocati visivi, PEV; potenziali  uditivi, PEA o nell’acronimo inglese BAEPs; potenziali somatici, PES; potenziali motori, PEM), dei nervi periferici (elettroneurografia, ENG) e del muscolo (elettromiografia, EMG).  Necessitano una competenza specifica nella esecuzione e nella interpretazione, e sono oggetto di un corso post-laurea specifico (la Neurofisiopatologia). Sono in effetti fra gli accertamenti neurologici più soggetti ad errori, e la capacità del tecnico esecutore e del medico refertatore sono cruciali.
         Le  tecniche di immagine, che mostrano l'aspetto morfologico del sistema nervoso centrale (ma consentono anche indagini su molte funzioni neurologiche), sono le metodiche che maggiormente hanno utilizzato i progressi tecnologici. Le principali sono:

• - la scintigrafia: misura l'emissione di radiazioni di un tracciante radioattivo. La distribuzione del tracciante fornisce informazioni sul flusso ematico cerebrale. Le evoluzioni tecnologiche consentono l’uso di traccianti a emissione di singoli fotoni (SPECT) e di positroni  (PET). I traccianti sono numerosi, e permettono di valutare il livello metabolico delle differenti aree cerebrali e di evidenziare in maniera selettiva alcune strutture (per esempio le vie compromesse nella malattia di Parkinson);  
• - la tomografia computerizzata, (TC) che utilizza la attenuazione di un fascio di raggi X  e la risonanza magnetica (RM) che utilizza la emissione di impulsi da parte del tessuto nervoso (sia dell’encefalo che del midollo) sottoposto a campi magnetici esterni. Consentono di  ricostruire pressoché perfettamente la forma degli organi (incluso l’encefalo e  - in misura minore- il midollo spinale) e forniscono dettagli di pochi millimetri in maniera non invasiva o poco invasiva. Mostrano i tumori, le zone di infarto, le emorragie, i focolai infiammatori, le malformazioni, la atrofia del tessuto nervoso, etc. Le immagini migliorano quando i tessuti sono impregnati di un mezzo di contrasto immesso per via venosa; la captazione del contrasto è anzi un importante segnale di livello funzionale, che permette di arguire i caratteri del tessuto in esame (per esempio la natura di un tumore il livello di attività di un focolaio infiammatorio); 
• - l’ angiografia visualizza i vasi encefalici o midollari utilizzando un mezzo di contrasto immesso direttamente in arteria, utilizzando oramai immagini TC o RM. Viene progressivamente sostituita dalla risonanza magnetica angiografica, che sfrutta le differenze di segnale fra sangue e tessuto e consente di produrre buone immagini dei vasi anche senza immettere contrasto in arteria. E’ fondamentale per la diagnosi degli aneurismi e delle malformazioni arterovenose (angiomi);
• - le misure funzionali: utilizzano radioisotopi specifici negli esami PET e SPECT già menzionati,  e in modo sempre più estensivo particolari sequenze di impulsi magnetici (RM funzionale) per valutare la attività metabolica del tessuto e  compiere studi sui circuiti neurali impegnati in varie attività. Le conoscenze scientifiche sono state grandemente accresciute, e la possibilità di localizzare le aree del linguaggio, la corteccia motoria e i circuiti della memoria consente, nei tumori come anche nella chirurgia dell’epilessia, interventi chirurgici più selettivi e con minori rischi;
•  - gli ultrasuoni, utilizzando l’effetto Doppler, forniscono velocità di flusso e immagini delle arterie extracraniche (carotidi e - in misura meno precisa – vertebrali); attraverso la sottile squama temporale si ottengono talora dati sulle arterie intracraniche (Doppler-ecotomografia dei tronchi sopra aortici e Doppler transcranico); l’esame è molto utile per valutare le placche arteriosclerotiche e le stenosi arteriose. Lo studio morfologico dell’encefalo con ultrasuoni (come avviene ad esempio per il cuore o il fegato) è invece ostacolato dal rivestimento osseo del cranio, che riflette gli impulsi sonori. Le immagini più utili clinicamente si ottengono per ora nell’infante, quando le “finestre” fra le ossa del cranio (le fontanelle) sono ancora aperte.

        Gli esami bioptici sono per natura invasivi; consistono nel prelievo chirurgico  di piccoli di frammenti di muscolo, di piccoli nervi e, in casi molto selezionati, di porzioni di cervello prelevate con un ago per studiare   l'aspetto microscopico dei tessuti ai fini diagnostici.
         Gli studi genetici informano sulla presenza di un corredo cromosomico abnorme, sia per l’alterazione di un intero cromosoma (cariotipo), che per mutazione di un singolo gene (genetica molecolare). Sono per ora limitati dalla impossibilità di utilizzare le informazioni a scopo terapeutico, ma consentono di indirizzare la procreazione e rilevare alcune malattie genetiche ai fini di un aborto terapeutico, possibilità che va sempre offerta ai genitori e affidata alla loro decisione.
         A conclusione di questa breve rassegna va detto che le tecniche strumentali hanno ampliato enormemente le conoscenze e migliorato in maniera  sostanziale la diagnosi neurologiche; la semeiotica clinica tuttavia mantiene il suo valore per indirizzare l’iter diagnostico e scegliere gli esami più significativi.