Mikroskop je eno najpomembnejših orodij mikrobiologa. Izumili so ga v 1600-ih, ko je Anton van Leeuwenhoek na preprostem modelu cevi, povečevalne leče in odra ustvaril prva vizualna odkritja bakterij in krvnih celic v obtoku. Danes je mikroskopija na medicinskem področju bistvenega pomena za nova celična odkritja, vrste mikroskopov pa lahko razvrstimo na podlagi fizikalnih načel, ki jih uporabljajo za ustvarjanje slike.
Svetlobni mikroskopi
Nekateri najpogostejši obsegi v laboratorijih uporabljajo vidno projicirano svetlobo za osvetlitev in povečanje predmeta. Najosnovnejši svetlobni obseg, seciranje ali stereomikroskop, omogoča ogled celotnega organizma hkrati, hkrati pa prikazuje podrobnosti, kot so antene metulja pri 100-kratni do 150-kratni povečavi. Sestavljeni obsegi, ki se uporabljajo za večje celične detajle, vsebujejo dve vrsti leč, ki 1000 do 1500-krat povečajo enocelične organizme. Bolj specializirani so kontrastni mikroskopi s temnim poljem in fazo, ki razpršijo svetlobo, da zajamejo ne samo žive celice, ampak celo notranje dele celic, kot so mitohondriji.
Fluorescentni mikroskopi
Fluorescenčni ali konfokalni mikroskop kot vir svetlobe uporablja ultravijolično svetlobo. Ko ultravijolična svetloba zadene predmet, ta vzbudi elektrone predmeta in oddaja svetlobo v različnih barvah, kar lahko pomaga prepoznati bakterije v organizmu. Za razliko od sestavljenega in secirnega obsega fluorescenčni mikroskopi prikazujejo predmet skozi konfokalno luknjo, zato popolna slika vzorca ni prikazana. To poveča ločljivost z izklopom zunanje fluorescentne svetlobe in oblikovanjem čiste tridimenzionalne slike vzorca.
Elektronski mikroskopi
Vir energije, ki se uporablja v elektronskem mikroskopu, je žarek elektronov. Žarek ima izjemno kratko valovno dolžino in v svetlobni mikroskopiji znatno poveča ločljivost slike. Celi predmeti so prevlečeni z zlatom ali paladijem, ki odbije elektronski žarek in ustvari temna in svetla območja kot tridimenzionalne slike, gledane na monitorju. Zajamejo se lahko podrobnosti, kot so zapletene lupine silicijevega dioksida morskih diatomov in površinske podrobnosti virusov. V to specializirano kategorijo mikroskopije spadata tako prenosni elektronski mikroskopi (TEM) kot novejši elektronski mikroskopi (SEM).
Rentgenski mikroskopi
Kot že ime pove, ti mikroskopi uporabljajo žarek rentgenskih žarkov za ustvarjanje slike. Za razliko od vidne svetlobe se rentgenski žarki ne odbijajo ali lomijo zlahka in so človeškemu očesu nevidni. Ločljivost slike rentgenskega mikroskopa pade med svetlobo optičnega mikroskopa in elektrona mikroskop in je dovolj občutljiv, da določi posamezno namestitev atomov znotraj molekul a kristal. V nasprotju z elektronsko mikroskopijo, pri kateri je predmet posušen in pritrjen, lahko ti visoko specializirani mikroskopi prikazujejo žive celice.