光學顯微鏡的原理很簡單：將光線照射到要觀察的物體上，并使用物鏡放大穿過物體的透射或反射光。

觀察者看到的虛像是物體的光（像）被物鏡放大，光（像）又被目鏡進一步放大。光學顯微鏡的放大倍數是由物鏡和物鏡決定的。它表示為乘以放大倍數。放大倍率越高，您就越能放大和觀察較小的物體。

根據照明方式的不同，顯微鏡大致可分為“透射型"和“反射型"兩種。透射型用于透射光的物體，例如細胞和細菌等生物樣品，而反射型用于不透射光的物體，例如金屬和半導體。它們還根據觀察樣品的方向進行分類，有兩種類型：正置型（物鏡放置在樣品上方）和倒置型（物鏡放置在樣品下方）。特別是，倒置型用于在培養皿中培養的樣品，因為需要從下面觀察它們。下圖顯示了流行的正置透射型顯微鏡的示意圖。

光學顯微鏡的光學放大倍數由物鏡和目鏡的放大倍數決定。此外，當使用光學顯微鏡觀察時，不僅放大倍數重要，分辨率和對比度也是重要因素。

分辨率是指能夠將兩個不同的點識別為兩個點的最小距離（δ），是能夠識別多少細節的指標。在顯微鏡的情況下，分辨率由物鏡的數值孔徑（NA）和光的波長（λ）決定，并由以下公式表示。

δ = kλ/NA（k 為常數）

此外，數值孔徑 NA 計算為 n x sin θ，其中 n 是物鏡和介質之間的折射率，θ 是進入物鏡的光線相對于光軸的最大角度。

接下來，我們來談談對比。

生物樣品通常是透明的，因此即使您按原樣觀察樣品，它也可能透明到您可能無法識別其結構。在這種情況下，需要通過用染料對樣品進行染色或縮小光線來調整觀察條件。顏色和光線調整可增加圖像的對比度，以便更容易觀察物體。

近年來，除了染色和光圈調整之外，還建立了利用光散射、衍射和熒光的觀察方法，例如相差和微分干涉。還有專門用于這些觀察方法的光學顯微鏡，在光學顯微鏡中它們被稱為相差顯微鏡和微分干涉顯微鏡。對細胞進行染色時，細胞會死亡，但如果使用相差顯微鏡或微分干涉顯微鏡，就可以觀察到活細胞。