Tiedemiehet ymmärsivät nopeasti valokuvauksen edut, koska valokuvaus kykeni esittämään objektiivisen kuvan siitä, mitä nähtiin. Tämä ratkaisi taiteilijoiden esittämisongelman, sillä heitä pyydettiin tuottamaan kuvituksia vain kuvauksen perusteella tai lääkäreiden ja kirurgien tulkintojen vaikutuksesta. Ensimmäisen kerran valokuvausta käytettiin lääketieteessä vuonna 1840, kun Alfred François Donné Pariisin Charitén sairaalasta kuvasi luiden ja hampaiden osia. Hän alkoi tehdä daguerrotyyppejä mikroskoopin avulla. Donné julkaisi oppilaansa Léon Foucault’n valokuvista tekemät kaiverrukset. Hugh Welch Diamond, lääkäri ja Royal Photographic Societyn perustajajäsen, käytti valokuvausta lääketieteen välineenä erityisesti mielisairauksien alalla. Hän työskenteli Surreyn kreivikunnan mielisairaalan naisten osastolla Twickenhamissa vuonna 1852, jossa hän yritti luoda luettelon mielisairauden visuaalisista merkeistä valokuvaamalla potilaita ja järjestämällä valokuvat oireiden mukaan. Guillaume-Benjamin Duchenne de Boulogne alkoi kuvata potilaita Salpêtrièren mielisairaalassa Pariisissa vuonna 1856. Hän kehitti menetelmän kasvojen yksittäisten lihasten aktivoimiseksi sähköisen stimulaation avulla. Felix Nadarin veljen Adrien Tournachonin avustuksella hän kuvasi kasvojen ilmeitä ja listasi eräässä vaiheessa 53 tunnetta, jotka voitiin tunnistaa lihasten toiminnan perusteella. Hänen työnsä julkaistiin vuonna 1862 teoksessa Mécanisme de la physionomie humaine, joka oli merkittävin kaikista valokuvin kuvitetuista lääketieteen kirjoista ennen vuotta 1900.
G.-B. Duchanne de Boulogne, Synoptinen levy 4 teoksesta Le Mécanisme de la Physionomie Humaine. 1862, albumiinivedos. Ylemmässä rivissä ja kahdessa alemmassa rivissä potilaita, joiden kasvojen kummallakin puolella on erilainen ilme
Tohtori Jean-Martin Charcot, Duchenne de Boulognen oppilas, uskoi Diamondin tavoin, että valokuvilla olisi merkittävä rooli potilaiden diagnosoinnissa ja hoidossa. Charcot perusti Pariisin Salpêtrière-sairaalaan lääketieteellisen valokuvausyksikön vuonna 1878. Hän palkkasi Albert Londen, joka työskenteli Salpêtrièressa Charcotin valvonnassa. Londen tehtävänä oli paitsi ottaa valokuvia myös luoda uusia laitteita merkkien ja oireiden tallentamiseksi. Charcot alkoi julkaista vuonna 1888 Nouvelle iconographie de la Salpêtriere -julkaisua, jossa käytettiin valokuvia Salpêtrièren tapausten kliinisten esitysten esittämiseen. Londe julkaisi vuonna 1893 merkittävän lääketieteellisen valokuvauksen käytäntöä käsittelevän teoksen La Photographie médicale. Londe kehitti systemaattisen menetelmän potilaiden valokuvaamiseen kiinteissä näkymissä, jossa otettiin huomioon syväterävyys ja linssin muotoilun ja linssin ja kohteen välisen etäisyyden aiheuttama vääristymä.
Kiinnostus maapallon kaukaisten alueiden kulttuureihin ja kansoihin kasvoi, ja valokuvaus oli keino saattaa ne tutkimuksen kohteeksi, varsinkin kun siihen yhdistettiin vaikutteita frenologian tutkimuksesta ja Darwinin luonnollista valikoitumista käsittelevästä työstä. Vuonna 1850 Louis Agassiz antoi Joseph T. Zealylle (1812-93) tehtäväksi tehdä daguerrotyyppejä afrikkalaista alkuperää olevista plantaasityöntekijöistä Amerikan eteläisissä Yhdysvalloissa. Kuvat oli tarkoitettu tieteelliseksi dokumentaatioksi etnologian teorioiden tueksi. Carl Damman julkaisi Anthropologisch-ethnographisches Album in Photographien -teoksessa kokoelman valokuvia eri etnisistä ryhmistä, ja samana vuonna William Marshall julkaisi teoksen A phrenologist among the Todas, or the Study of a Primitive Tribe in South India. History, Character, Customs, Religion, Infanticide, Polyandry, Language. Thomas Huxley loi järjestelmän ihmiskehon valokuvaamiseksi kiinteillä näkymillä, joihin kuului tunnetun mittainen sauva mittausten tekemistä varten. Francis Galton uskoi, että periytyvien ominaisuuksien, älyllisten, moraalisten ja fyysisten piirteiden systemaattinen järjestäminen perheisiin, ryhmiin, luokkiin ja rotutyyppeihin oli mahdollista. Hän uskoi, että henkisiä ominaisuuksia voitaisiin mitata tutkimalla fyysisiä ominaisuuksia. Pyrkiessään tunnistamaan ja ryhmittelemään ominaisuuksia hän teki komposiitteja jopa kahdestasadasta valokuvasta luodakseen universaalin fysiognomiaesimerkin jostakin ryhmästä tai tyypistä.
Tohtori Reed B. Bontecou, New Yorkista kotoisin oleva lääkäri ja sotilas, otti kameran mukaansa Yhdysvaltain sisällissotaan (1861-1865) ja kuvasi haavoittuneita sotilaita sekä dokumentoi hoitoja, leikkauksia ja lääkärin työoloja. Bontecoun hoitamien ja kuvaamien Amerikan sisällissodan haavoittuneiden sotilaiden albumit ovat olleet esillä lukuisissa näyttelyissä, monet kuvista olivat esillä Metropolitan Museum of Artissa osana Photography and the American Civil War -näyttelyä. Burns Archive Pressin kirja Shooting Soldiers: Civil War Medical Photography By Reed B. Bonteco, sisältää laajan valikoiman näitä valokuvia ja Bontecoun historian.
Kuva kirjasta Shooting Soldiers: Civil War Medical Photography by Dr. R. B. Bontecou. Kirjoittanut tohtori Stanley B. Burns, julkaisija Burns Archive Press. Valokuvassa on G. Porubsky, Co B. 46. NY:n vapaaehtoinen, näyttämässä olkaluun poistoleikkausta. Tässä Bontecoun opetusalbumista otetussa valokuvassa näkyy luodin piirretty epäilty kulkureitti. Bontecoun yläkäsivarren luunpoistoleikkaus jätti potilaalle käyttökelvottoman raajan. Monet amputoitiin 1880-luvun antiseptisenä aikakautena.
Yritykset julkaista lääketieteellisiä valokuvia anatomian oppikirjoissa menestyivät valokuvauksen alkuvuosina heikosti. Tekstuuri- ja sävyvaihtelun puute teki valokuvista vaikeasti tulkittavia. Tämä saattoi johtua varhaisten materiaalien spektriherkkyydestä siniselle, violetille ja ultraviolettivalolle. Tämä ryhmitti muut sävyt yhteen ja teki niistä samanlaisia mustan sävyjä. Ortokromaattisia levyjä tuli kaupallisesti saataville vasta vuonna 1883, ja silloinkin prosessi mahdollisti vain sinisen, vihreän ja keltaisen erottamisen. Nicolaus Rüdinger julkaisi vuonna 1861 Atlas des peripherischen Nervensystems des menchlichen Körpers, Cotta’schen, käyttäen Joseph Albertin jäädytetyistä leikkauksista ottamia valokuvia. Valokuvia jouduttiin retusoimaan, jotta rakenteet näkyisivät selvästi. Sterofotografia alkoi kiinnostaa keinona lisätä kolmiulotteisuutta bruttoanatomian ja kliinisten tapaustutkimusten tilasuhteiden esittämiseen. Vuosina 1894-1900 leipzigiläinen Albert Neisser tuotti anatomian ja patologian stereoatlaksen. David Waterston julkaisi vuonna 1905 stereokorttisarjan, jota voitiin käyttää stereokatselulaitteessa. Kortit sisälsivät merkittyjä leikkeitä ja kuvailevia merkintöjä, ja ne tulivat stereokatselulaitteen mukana.
Kehon sisältä yritettiin kuvata jo vuonna 1883. Emil Behnke käytti hiilikaarilamppua, linssejä ja heijastimia kuvatakseen ihmisen äänihuulia ¼ sekunnin valotuksilla. Walter Woodbury oli julkaissut vuonna 1890 ”fotogastroskoopin”, joka näytti kuvia mahalaukun sisäosista, ja vuonna 1894 Max Nitze julkaisi valokuvia virtsarakkosta käyttämällä kystoskooppia.
Vuoteen 1870 mennessä Maury ja Duhring olivat perustaneet lääketieteellisen valokuvauksen käyttöön perustuvan aikakauslehden, The Photographic Review of Medicine and Surgery, jota Lippincott julkaisi Philadelphiassa Yhdysvalloissa, tarjosi tapaustutkimuksia ja valokuvia ennen ja jälkeen. Useimmat suuret lääketieteen koulutuskeskukset olivat ottaneet valokuvauksen käyttöön dokumentointi- ja tutkimusmenetelmänä 1900-luvulla. Monet valokuvaajat työskentelivät monilla eri tieteenaloilla radiologiasta patologiaan ja silmälääketieteeseen. Lääketieteellisestä valokuvauksesta tuli valokuvauksen erityisala, ja vuonna 1931 joukko lääketieteen parissa työskenteleviä valokuvaajia kokoontui Yalen yliopistossa Yhdysvalloissa ja perusti Biological Photographic Associationin, josta tuli myöhemmin BioCommunications Association Inc. Ryhmä julkaisi Journal of Biological Photography -lehteä, joka myöhemmin liitettiin Journal of BioCommunication -lehteen. Muita järjestöjä perustettiin Englannissa, Skandinaviassa ja Australiassa. Valokuvauksella on nykyäänkin merkitystä lääketieteessä dokumentoinnin, tutkimuksen ja koulutuksen kautta.