Mikroskopet er et af mikrobiologens vigtigste redskaber. Det blev opfundet i 1600'erne, da Anton van Leeuwenhoek byggede på en simpel model af et rør, forstørrelseslinse og scene for at gøre de første visuelle opdagelser af bakterier og cirkulerende blodlegemer. I dag er mikroskopi afgørende inden for det medicinske område for at gøre nye cellulære opdagelser, og typerne af mikroskop kan klassificeres ud fra de fysiske principper, de bruger til at generere et billede.
Lysmikroskoper
Nogle af de mest almindelige anvendelsesområder, der findes i laboratorier, bruger synligt projiceret lys til at belyse og forstørre et objekt. Det mest basale lysomfang, et dissektions- eller stereomikroskop, gør det muligt at se en hel organisme på én gang, mens de viser detaljer som antennerne på en sommerfugl ved 100x til 150x forstørrelse. Sammensatte anvendelsesomfang, der anvendes til større cellulære detaljer, indeholder to typer linser, der fungerer til at forstørre encellede organismer 1000 til 1500 gange. Mere specialiserede er mørke felt- og fasekontrastmikroskoper, der spreder lys for ikke kun at fange levende celler, men endda interne celledele, som mitokondrier.
Fluorescerende mikroskoper
Det fluorescerende eller konfokale mikroskop bruger ultraviolet lys som sin lyskilde. Når ultraviolet lys rammer et objekt, exciterer det objektets elektroner og udsender lys i forskellige farver, hvilket kan hjælpe med at identificere bakterier inde i en organisme. I modsætning til sammensatte og dissekere anvendelsesområder viser fluorescerende mikroskoper objektet gennem et konfokalt hulhul, så et komplet billede af prøven vises ikke. Dette øger opløsningen ved at lukke eksternt fluorescerende lys og bygge et rent tredimensionelt billede af prøven.
Elektronmikroskoper
Den energikilde, der anvendes i elektronmikroskopet, er en stråle af elektroner. Strålen har en usædvanlig kort bølgelængde og øger billedets opløsning markant over lysmikroskopi. Hele genstande er overtrukket i guld eller palladium, som afbøjer elektronstrålen og skaber mørke og lyse områder som 3D-billeder set på en skærm. Detaljer som de indviklede silikaskaller af marine kiselalger og overfladedetaljer af vira kan fanges. Både transmissionselektronmikroskoper (TEM) og de nyere scanningselektronmikroskoper (SEM) falder i denne specialiserede mikroskopikategori.
Røntgenmikroskoper
Som navnet antyder, bruger disse mikroskoper en stråle af røntgenstråler til at skabe et billede. I modsætning til synligt lys reflekteres eller brydes røntgenstråler ikke let, og de er usynlige for det menneskelige øje. Billedopløsningen af et røntgenmikroskop falder mellem det for et optisk mikroskop og for et elektron mikroskop, og er følsom nok til at bestemme den individuelle placering af atomer inden for molekyler i a krystal. I modsætning til elektronmikroskopi, hvor objektet tørres og fikseres, er disse højt specialiserede mikroskoper i stand til at vise levende celler.