Il microscopio è uno degli strumenti più importanti del microbiologo. Fu inventato nel 1600 quando Anton van Leeuwenhoek costruì su un semplice modello di tubo, lente d'ingrandimento e palcoscenico per fare le prime scoperte visive di batteri e cellule del sangue circolanti. Al giorno d'oggi, la microscopia è essenziale in campo medico per fare nuove scoperte cellulari e i tipi di microscopi possono essere classificati in base ai principi fisici che usano per generare un'immagine.
Microscopi ottici

Alcuni dei più gli ambiti comuni trovati nei laboratori usano la luce proiettata visibile per illuminare e ingrandire un oggetto. Il raggio di luce più elementare, un dissezione o uno stereomicroscopio, consente la visualizzazione di un intero organismo in una sola volta mentre mostra dettagli come le antenne di una farfalla con ingrandimento da 100x a 150x. Gli ambiti composti, usati per un maggiore dettaglio cellulare, contengono due tipi di lenti che funzionano per ingrandire gli organismi unicellulari da 1000 a 1500 volte. Più specializzati sono i microscopi a contrasto di campo scuro e di fase, che disperdono la luce per catturare non solo le cellule vive, ma anche le parti interne delle cellule, come i mitocondri.
Microscopi fluorescenti

Il microscopio fluorescente o confocale utilizza la luce ultravioletta come suo fonte di luce. Quando la luce ultravioletta colpisce un oggetto eccita gli elettroni dell'oggetto, emettendo luce in vari colori, che può aiutare a identificare i batteri all'interno di un organismo. A differenza degli ambiti composti e dissezionanti, i microscopi fluorescenti mostrano l'oggetto attraverso un foro stenopeico confocale, quindi non viene mostrata un'immagine completa del campione. Ciò aumenta la risoluzione spegnendo la luce fluorescente esterna e costruendo un'immagine tridimensionale pulita del campione.
Microscopi elettronici

La fonte di energia utilizzata nel microscopio elettronico è un fascio di elettroni. Il raggio ha una lunghezza d'onda eccezionalmente corta e aumenta significativamente la risoluzione dell'immagine al microscopio ottico. Gli oggetti interi sono rivestiti in oro o palladio, che devia il fascio di elettroni, creando aree scure e chiare come immagini 3D visualizzate su un monitor. È possibile catturare dettagli come gli intricati gusci di silice delle diatomee marine e i dettagli di superficie dei virus. Entrambi i microscopi a trasmissione elettronica (TEM) e i più recenti microscopi a scansione elettronica (SEM) rientrano in questa categoria specializzata di microscopia.
Microscopi a raggi X

Come suggerisce il nome, questi microscopi utilizzano un raggio di X- "rays to create an image.", 3, [[A differenza della luce visibile, i raggi X non riflettono o rifrangono facilmente e sono invisibili all'occhio umano. La risoluzione dell'immagine di un microscopio a raggi X rientra tra quella di un microscopio ottico e quella di un microscopio elettronico ed è abbastanza sensibile da determinare il posizionamento individuale degli atomi all'interno delle molecole di un cristallo. Contrariamente alla microscopia elettronica, in cui l'oggetto viene essiccato e fissato, questi microscopi altamente specializzati sono in grado di mostrare cellule viventi.