更新時間：2025/02/11
在17世紀後期，荷蘭的安東尼·范·雷文霍克（Antoine van Leeuwenhoek）發明了一種簡單的單透鏡顯微鏡。這一發明與現代放大鏡的結構類似，但放大率超過200倍。這種新型顯微鏡使雷文霍克發現了微生物和精子。大約在同一時間，英國的羅伯特·虎克（Robert Hooke）也發明了一種複合顯微鏡，有兩個鏡頭組成。虎克利用這種顯微鏡觀察到了木栓組織，由於其相似蜂窩小孔（cell），故將其命名為細胞（cell）。因而誕生了生物學術語“細胞”。
由於兩個鏡頭之間的像差，將兩個鏡頭組合起來會影響精確度，導致複合顯微鏡的解析度低於簡易顯微鏡。
到了19世紀，透過各種方式，大幅提高了顯微鏡的解析度。像差校正是透過使用更好的鏡頭或鏡頭組合來實現的，蔡司和萊茨等德國公司對此大力支持，並為其發展做出了巨大的貢獻。德國的恩斯特·阿貝（Ernst Abbe）為顯微鏡的創新發展奠定了理論和技術基礎，可以說他建立了現代光學顯微鏡的原型。
一般的生物顯微鏡主要由物鏡、目鏡、鏡筒、載物台和反射器組成。透過物鏡放大載物台上的物體，即可透過目鏡觀察到放大的影像。
數位顯微鏡則使用CAMERA和光放大器將即時影像輸出到顯示器。
望遠鏡也有類似的結構，用於觀察遠處的物體。望遠鏡用物鏡接收來自恆星或其他遙遠物體的光，並透過目鏡將折射光調整到焦點。
顯微鏡則設計為將光發射到物體上或穿過物體，並用物鏡和目鏡放大透射或反射的光。
生物顯微鏡使用透射光進行觀察。由於不同樣本的光特性存在差異，對應的觀察模式也有所不同。例如透明樣本和不透光的樣本。
下表顯示了主要觀察模式的特點。每種觀察模式對應特定的光特性，例如散射，繞射，偏振，干涉和螢光。
| 觀察模式 | 特點 | 常見觀察目標物 |
|---|---|---|
| 明視野顯微術 | 生物顯微鏡的一般觀察模式，可利用透射照明實現明視野 | 生物體、細胞 |
| 暗視野顯微術 | 使用散射光（而不是直射光）使樣本在暗視野下顯示 | 微生物、細胞 |
| 相位差顯微術 | 使用相位（光線變化）將樣本轉換為亮度對比度以進行觀察 | 無色透明樣本，活細胞 |
| 偏光顯微術 | 利用偏光照亮樣本，將其轉換為亮度或顏色對比度以進行觀察 | 岩石和礦物等晶體、聚合物 |
| 微分干涉對比顯微術 | 利用透射光穿過樣本後的傳播距離差，形成顏色或亮度對比度，以進行3D觀察 | 無色透明樣本，活細胞 |
| 調製對比（浮雕對比）顯微術 | 將樣本的高度差轉換為亮度對比度，以進行3D觀察 | 塑料容器中的細胞 |
| 螢光顯微術 | 利用螢光化合物或螢光蛋白（如GFP）對樣本進行染色，以觀察樣本表達螢光的部分 | 用螢光染料染色或標記的細胞和組織，顯示固有螢光的生物體 |
| 反射光顯微術 | 使用反射光觀察不透光的樣本 | 金屬 |
