Zur Thorakoskopie (Spiegelung der Brusthöhle) erfolgt eine Vollnarkose. Zunächst wird ein kleiner Einschnitt in die Brustwand gemacht, um eine Öffnung zur Brusthöhle hin zu erzeugen. Dadurch kommt es auch zu einem Pneumothorax (Ansammlung von Luft im Spaltraum des Rippenfells), was aber sinnvoll ist, um die Strukturen besser sehen zu können. Das Endoskop (Spiegelungs-Instrument) wird über die Öffnung eingeführt, und der Arzt kann die Organe des Brustraums auf dem Monitor beurteilen.
Gegebenenfalls wird Flüssigkeit eines Pleuraergusses zur Analyse herausgezogen oder eine Gewebeprobe entnommen (Biopsie), um diese dann in einer feingeweblichen Untersuchung (Histologie) beurteilen zu können. Falls nötig, werden dann noch Behandlungsmaßnahmen vorgenommen. Am Ende des Eingriffes werden die Instrumente aus der Brust herausgezogen. Es kann dann eine Drainage eingelegt werden, um entstehende Flüssigkeit aufzufangen. Der Einschnitt an der Haut wird vernäht.
Es kann zu mechanischen Verletzungen der Organe und Strukturen im Bereich der Brusthöhle kommen. So kann unter anderem ein Pneumothorax (Luftansammlung) oder ein Pleuraerguss (Flüssigkeitsansammlung) entstehen, was gegebenenfalls weiteren Behandlungsmaßnahmen bedarf. So kann es zu Atemproblemen kommen. Blutungen und Nachblutungen, Infektionen sowie Vernarbungen sind ebenfalls möglich. Nerven können verletzt werden, was zu Lähmungserscheinungen oder anderen Störungen führen kann.