Najbardziej znanym osiągnięciem Rudolfa Virchowa jest jego teoria, że komórki są tworzone z podziału komórek, opisanego jako "każda komórka pochodzi z innej istniejącej komórki, takiej jak ona". Odkrył wiele rzeczy związanych z teorią komórkową, patologią i medycyną społeczną. Był także pierwszym, który rozpoznał i opisał białaczkę.
Obserwując w 1855 r., że tylko pewne komórki lub grupy komórek zachorowały, a nie cały organizm, Virchow uruchomił dziedzinę patologii komórkowej i rozwinął praktykę medyczną. Często jest nazywany Ojcem Patologii.
Był pierwszą osobą, która wyjaśniła mechanizm płucnej choroby zakrzepowo-zatorowej, identyfikując zarówno zakrzepicę, jak i zatorowość po raz pierwszy. Inne odkrycia obejmują znajdowanie komórek w kości i tkance łącznej oraz opisywanie substancji takich jak mielina.
Stworzył dziedzinę patologii porównawczej, odnotowując związek między chorobami ludzi i zwierząt. Ukuł termin "zoonoza", aby wskazać związki chorób zakaźnych między zdrowiem zwierząt i ludzi.
Virchow był zwolennikiem medycyny społecznej i zdrowia publicznego, wyjaśniając, w jaki sposób zdrowie społeczne i ekonomiczne może poprawić zdrowie fizyczne i zmniejszyć występowanie chorób. Jego śledztwo w sprawie wybuchu tyfusu doprowadziło do zjadliwego raportu przeciwko rządowi pruskiemu.
