Para el estudio de microorganismos como las bacterias y las arqueas, son necesarios los microscopios, pues con una alta resolución permiten observar estructuras celulares inferiores a micras que de otra forma sería imposible estudiar. Así, el microscopio de contraste de fases permite sin necesidad de tinciones, ver las diferencias entre los contrastes de fases de una célula y el medio que la rodea debido a la diferencia entre el índice de refracción de la propia célula y el del medio, lo que desvía los rayos de luz. Esto permite generar imágenes oscuras sobre fondos brillantes. Otra forma de microscopía es el microscopio de fondo oscuro, que permite que la luz solo incida sobre la muestra estudiada desde los lados, lo que genera una imagen brillante sobre fondo oscuro. Es muy útil para ver el movimiento de los flagelos bacterianos.
El microscopio de fluorescencia se basa en la emisión de fluorescencia por parte de muestras a las que se les incide con una luz de una determinada longitud de onda menor a la que ella emite. Para que las células emitan esa fluorescencia, o bien deben tener ciertas moléculas como clorofilas, o bien deben haber sido tratadas para introducirles la sustancia fluorescente.
