当显微镜进入双镜片时代时，已经不再是简单的放大镜了。它的放大倍数更大，放大原理也变得有些复杂——实像与虚像结合。

显微镜由几个主要的镜片组成，其中能起到放大效果的部件分别是靠近物体的物镜和靠近眼睛的目镜。对于那些用于观察生物玻片标本的显微镜而言，它的主要结构从上到下依次是目镜、镜筒、物镜、载物台和光源。玻片标本放在载物台上，由于照明光源发出的光束需要穿透样品进入镜筒，一般要求样品非常薄，比如一层植物叶片薄膜。当光束透过样品首先进入物镜，这是对样品的第一次放大。这个过程就像透过胶片形成影像的投影仪，在镜筒中形成了一个被放大的可清晰分辨的实像，这是显微镜放大过程中很关键的一步，直接决定了光学显微镜的性能。常见的物镜的放大倍数在10~100倍。

目镜的原理则与普通的放大镜类似，就是将已被物镜放大的实像再一次放大，使我们的眼睛能够看清楚，不过它形成的是一个虚像。因此，目镜只是起放大图像的作用，并不能提高显微镜的分辨率。物镜未能分辨的差异，即使使用放大能力更强的目镜，也还是看不清。常用的目镜倍数为5~16倍。将物镜和目镜的倍数相乘，就是显微镜的实际放大倍数。光学显微镜的放大能力可以达上千倍。

显微镜的进化

除了普通的光学显微镜，根据不同的用途，科学家还设计了不同结构和功能的显微镜。在生物实验中，科学家经常要观察培养中的活细胞，将这些活细胞制成薄的玻片样品非常不方便，也没法保障细胞的存活。聪明的科学家设计了一款倒置式显微镜，将物镜倒置于载物台下方。由于载物台上方空间较大，就算样品体积大一些也无妨，比如细胞培养皿。由于这些被观察样品都是透明的，光源发出的光线可以透过样品进入镜筒，所以透射显微镜就能满足要求。为了观察不透明的物体，比如矿石，科学家还发明了反射显微镜，利用被样品反射回来的光进行观察。

最初的显微镜只有一个目镜，人们用左眼观察，用右眼将观察到的结构记录下来。现在的显微镜已经发展为双目镜，人们可以同时用双眼观测。显微镜还同时配备了另一只“眼睛”——成像系统，它与电脑相连，人们可以实时地在电脑屏幕上看到图像，并且可以进行拍照，将观察到的图像记录下来。

另外，对于一些带有特殊标记的样品，比如带有荧光信号的细胞，只需要在显微镜中增加一支紫外光束，就可以轻松捕捉到细胞中的这些信号了。不过，在观察荧光时，需要将日光灯和显微镜的白光都关掉，这时候看到的荧光信号更为清晰。

光学显微镜并不是终点，20世纪以来，科学家已经突破可见光的限制，研制出了利用电子束代替光线的电子显微镜。此外，基于量子理论的扫描隧道显微镜又将人类的“视力”推进到了原子级别。