Badanie polega na pobraniu materiału tkankowego, a nie tylko komórkowego (cytologicznego) jak w przypadku biopsji cienkoigłowej lub szczoteczkowej, co pozwala nie tylko na rozpoznanie nowotworu, ale również na określenie jego typu i cech biologicznych.
Do wykonania biopsji służą specjalne urządzenia oraz igły o relatywnie dużej średnicy (około 3 mm), które wnikają do tkanki guza zaś specjalna osłona igły ścina materiał tkankowy. Biopsję wykonuje się w warunkach znieczulenia miejscowego skóry, którą nacina się, a igłę wprowadza się do głębszych tkanek poprzez to nacięcie. Po dojściu igły do guza uruchamiany jest mechanizm spustowy, który powoduje wbicie igły na głębokość ok. 2-3 cm i pobranie wycinka tkankowego („wałeczek tkankowy”).
Zazwyczaj pobiera się kilka wycinków do badania histopatologicznego. Po wykonaniu biopsji gruboigłowej może dojść do krwawienia z przeciętych naczyń krwionośnych, dlatego często po wykonaniu biopsji miejsce jej wykonania jest bandażowane w celu ograniczenia krwawienia. Przed zabiegiem biopsji guboigłowej należy poinformować lekarza o przyjmowanych lekach przeciwkrzepliwych.
Biopsję gruboigłową wykonuje się w przypadku raka piersi, mięsaków tkanek miękkich (jeśli nie wykonuje się biopsji otwartej) i innych nowotworów.