Meditsiiniline liitreaalsus ühendab endas nii reaalseid kui ka virtuaalseid kolmemõõtmelisi pilte, et abistada meditsiinilistel protseduuridel või koolitusel. Kõige sagedamini kasutatakse liitreaalsuse tehnoloogiaid selleks, et pakkuda arstidele pilte patsiendi keha sisemusest, mida kirurgias kasutada. Samad või sarnased tehnoloogiad võimaldavad meditsiiniüliõpilastel praktiseerida protseduure mannekeenidel või surnukehadel. Teine tüüp aitab patsientidel endil oma kehas toimuvat visualiseerida.
Minimaalselt invasiivsed kirurgilised tehnikad võimaldavad arstidel teha operatsiooni ilma suuri sisselõikeid tegemata. Meditsiiniline liitreaalsus on oluline vahend selle võimaldamiseks. Sageli kombineeritakse patsiendi magnetresonantstomograafia (MRI) tulemusi, ultraheliuuringuid või muid kolmemõõtmelisi kirjeid kirurgi tegevuste reaalajas piltidega. Kombineeritud pilte saab vaadata pea külge kinnitatud ekraani (HMD) kaudu, mida kirurg kannab loomuliku nägemise jäljendamiseks.
Meditsiiniüliõpilased või kirurgia praktikandid saavad kasutada meditsiinilist liitreaalsust kirurgiliste tehnikate praktiseerimiseks. Selle tehnoloogia on paljuski sama, mis minimaalselt invasiivse kirurgia puhul. Patsiendi tegelike dokumentide asemel võib õpilane aga harjutada mannekeeni abil, millel on inimese keha sisemuse üldised kujutised. Seejärel saab õpilane virtuaalseid pilte manipuleerida, et pakkuda tegelike operatsioonide teostamise ülitäpset simulatsiooni. Veelgi suurema sarnasuse huvides võib sama asja teha ka mannekeeni asemel surnukehaga.
Kuna meditsiiniline liitreaalsus võib anda nii üksikasjaliku ja elava pildi inimese keha sisemusest, saab seda kasutada ka patsientide harimiseks. Inimene võib näiteks seista ekraani ees, mis kuvab lihaseid, luustikku või muid kehas toimivaid süsteeme. See pilt võib liikuda siis, kui inimene liigub või vastusena arsti manipuleerimisele. Arst saab kasutada neid pilte, et aidata patsientidel mõista, mis nende kehas valesti läheb ja mida tuleb probleemide lahendamiseks teha. See tehnoloogia täidab funktsiooni, mis sarnaneb näiteks põlveliigese mudeliga, kuid suurema interaktiivsusega.
Meditsiinilise liitreaalsuse valdkond on endiselt kasvav. On välja pakutud ka teisi samade tehnoloogiate kasutusviise, kuid neid ei olnud 2011. aasta seisuga rakendatud. Näiteks võib olla võimalik luua HMD-tarkvara, mis võimaldab arstidel näha ühe pilguga kogu patsiendi haiguslugu, lisades sellele eelnevate piltide peale. vigastused või haigused patsiendi kehal.