顯微外科手術是需要手術顯微鏡的外科手術的總稱。最明顯的進展是已開發出可以使隨后較小的血管和神經（直徑通常為1 mm）進行吻合的程序，這些血管和神經可以將組織從身體的一個部位轉移到另一部位，并重新連接切斷的部位。如今，顯微外科技術已被多個專業所采用，例如：普通外科、眼科、骨科外科、婦科外科、耳鼻喉科、神經外科、口腔頜面外科、整形外科、足科外科和兒科外科。

顯微外科技術在移植免疫學研究的發展中起著至關重要的作用，因為它允許使用更適合移植研究的嚙齒動物模型（有更多的試劑、單克隆抗體、基因敲除動物和其他小鼠和大鼠免疫學工具比其他物種）。在引入之前，已使用皮膚移植模型在嚙齒動物中研究了移植免疫學，這受到其未血管化的事實的限制。因此，顯微外科手術代表了外科手術與移植免疫學研究之間的聯系。1958年，匹茲堡大學的Sun Lee博士（顯微外科的先驅者）進行了xxx例顯微外科手術實驗（大鼠門腔吻合術）。已經建立了許多大鼠和小鼠的器官移植模型。如今，幾乎所有大鼠或小鼠器官都可以相對較高的成功率進行移植。顯微外科手術對于開發新的移植技術也很重要，該新技術隨后將在人體中進行。另外，它允許在臨床器官移植中重建小動脈。

顯微外科手術已用于治療導致不育的幾種病理狀況，例如輸卵管阻塞、輸精管阻塞和精索靜脈曲張、精索靜脈曲張是男性不育的最常見原因之一。如Flati等人提出的，通過在精囊和下腹靜脈之間放置微血管旁路來進行顯微外科引流。已成功治療精索靜脈曲張引起的男性不育癥。顯微外科治療已被證明可以顯著提高以前接受過非顯微外科治療的精索靜脈曲張復發的患者的生育率。