กล้องจุลทรรศน์ (microscope) เป็นเครื่องมือวิทยาศาสตร์ที่ใช้ศึกษาสิ่งมีชีวิตที่มีขนาดเล็กมาก และมองด้วยตาเปล่าไม่เห็น เช่น จุลินทรีย์ เซลล์เม็ดเลือด เป็นต้น แบ่งตามแหล่งกำเนิดแสงได้ 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ แบบที่ใช้แสงธรรมดาที่ตาที่มองเห็นได้ และแบบที่ใช้ลำอนุภาคอิเล็กตรอนพลังงานสูงแทนแสงธรรมดา

1. light microscope (LM)

คือกล้องจุลทรรศน์ประเภทที่ใช้แสงที่ตามนุษย์มองเห็นได้ (visible light) เป็นตัวให้ความสว่าง แบ่งเป็น 2 ชนิดย่อย คือ

             1.1 simple microscope or magnifying glass (กล้องจุลทรรศน์แบบง่ายหรือแว่นขยาย) 

ประกอบด้วยเลนส์นูนเพียงอันเดียว มีวัตถุประสงค์เพื่อขยายวัตถุที่จะดูให้มีขนาดใหญ่ขึ้น มองเห็นชัดเจนขึ้น ภาพที่ได้เป็นภาพเสมือน และข้อสำคัญคือวัตถุต้องอยู่ห่างเลนส์น้อยกว่าทางยาวโฟกัสของเลนส์นั้น มีสูตรการทำงานดังนี้

กําลังขยาย (M) = ระยะภาพ(V) / ระยะวัตถุ (U) = ขนาดภาพ (I) / ขนาดวัตถุ

             1.2 compound microscope (กล้องจุลทรรศน์เชิงประกอบ)

เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่มีการขยายภาพ 2 ครั้ง ประกอบด้วยเลนส์จำนวน 2 ชุดขึ้นไป คือ

- เลนส์ใกล้วัตถุ (objective lens) ตามปกติจะมี 3 หรือ 4 อัน แต่ละอันจะมีตัวเลขแสดงกำลังขยายกำกับไว้ เช่น 4X, 10X, 40X หรือ 100X เป็นต้น เลนส์นี้ทำให้เกิดภาพจริงหัวกลับที่มีขนาดใหญ่กว่าวัตถุ

- เลนส์ ใกล้ตา (ocular lens, Eyepiece lens) คือเลนส์ชุดที่อยู่ส่วนบนสุดของกล้อง มีตัวเลขบอกกำลังขยายอยู่ทางด้านบน เช่น 5X, 10X, หรือ15X กล้องบางตัวมีเลนส์ใกล้ตาอันเดียว (monocular) บางกล้องมีเลนส์ใกล้ตา 2 อัน (binocular) เลนส์ชุดนี้ขยายภาพทีเกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุ ภาพทีเห็นมีขนาดขยายเป็นภาพเสมือนหัวกลับ และกลับซ้ายเป็นขวากับวัตถุ 

กล้องจุลทรรศน์เชิงประกอบ แบ่งเป็นหลายประเภท หลักๆ ที่ควรรูจัก คือ

(ก) Light microscope or bright-field microscope (กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงธรรมดา)

หลักการทำงานของกล้องจุลทรรศน์ชนิดนี้ คือ เมื่อแสงไฟจากหลอดไฟเป็นแหล่งกำเนิดแสงจะถูกรวบรวมแสง โดย condenser lens ไปตกที่วัตถุที่วางบนแท่นวางวัตถุ (specimen stage) จากนั้นเลนส์ใกล้วัตถุ (objective lens) จะเป็นตัวขยายวัตถุให้ได้ภาพที่ใหญ่ขึ้น แล้วจะส่งต่อไปยัง เลนส์ใกล้ตา (ocular lens) เพื่อขยายภาพสุดท้าย

ส่วนประกอบของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงธรรมดา (light microscope)

- ลำกล้อง (body tube) เป็นส่วนที่เชื่อมโยงอยู่ระหว่างเลนส์ใกล้ตากับเลนส์ใกล้วัตถุมีหน้าที่ป้องกันไม่ให้ แสงจากภายนอกรบกวน
- แขน (arm) คือส่วนที่ทำหน้าที่ยึดระหว่างส่วนลำกล้องกับฐาน เป็นตำแหน่งที่จับเวลายกกล้อง
- แท่นวางวัตถุ (specimens stage) เป็นแท่นใช้วางแผ่นสไลด์ที่ต้องการศึกษา
- ที่หนีบสไลด์ (stage clip) ใช้หนีบสไลด์ให้ติดอยู่กับแท่นวางวัตถุ ในกล้องรุ่นใหม่จะมี mechanical stage แทนเพื่อควบคุมการเลื่อนสไลด์ให้สะดวกขึ้น
- ฐาน (base) เป็นส่วนที่ใช้ในการตั้งกล้อง ทำหน้าที่รับน้ำหนักตัวกล้องทั้งหมด
- แหล่งกำเนิดแสง (light source) ทำหน้าที่สะท้อนแสงจากธรรมชาติหรือแสงจากหลอดไฟภายในห้อง ให้ส่องผ่านวัตถุโดยทั่วไปกระจกเงามี 2 ด้าน ด้านหนึ่งเป็นกระจกเงาเว้า อีกด้านเป็นกระจกเงาระนาบ สำหรับกล้องรุ่นใหม่จะใช้หลอดไฟเป็นแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งสะดวกและชัดเจนกว่า
- เลนส์รวมแสง (condenser) ทำหน้าที่รวมแสงให้เข้มขึ้น
- ไดอะแฟรม (diaphragm) อยู่ใต้เลนส์รวมแสงทำหน้าที่ปรับปริมาณแสงให้เข้าสู่เลนส์ในปริมาณที่ต้องการ
- ปุ่มปรับภาพหยาบ (coarse adjustment) ทำหน้าที่ปรับภาพโดยเปลี่ยนระยะโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ (เลื่อนลำกล้องหรือแท่นวางวัตถุขึ้นลง) เพื่อทำให้เห็นภาพชัดเจน
- ปุ่มปรับภาพละเอียด (fine adjustment) ทำหน้าที่ปรับภาพให้ได้ภาพที่ละเอียดคมชัด 
- เลนส์ใกล้วัตถุ (objective lens) จะติดอยู่กับจานหมุน (revolving nose piece) โดยจานหมุนนี้ทำหน้าที่ในการเปลี่ยนกำลังขยายของเลนส์ใกล้วัตถุ ตามปกติเลนส์ใกล้วัตถุมีกำลังขยาย 3-4 ระดับ คือ 4X, 10X, 40X, 100X ภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุเป็นภาพจริงหัวกลับ 
- เลนส์ใกล้ตา (eye piece) เป็นเลนส์ที่อยู่บนสุดของลำกล้อง โดยทั่งไปมีกำลังขยาย 10x หรือ 15x ทำหน้าที่ขยายภาพที่ได้จากเลนส์ใกล้วัตถุให้มีขนาดใหญ่ขึ้น ให้เกิดภาพที่ตาผู้ศึกษาสามารถ มองเห็นได้โดยได้ภาพเสมือนหัวกลับ

(ข) stereoscopic microscope (กล้องจุลทรรศน์ใช้แสงแบบสเตอริโอ)

เป็นกล้องที่ประกอบด้วย เลนส์ที่ทำให้เกิดภาพแบบ 3 มิติ ใช้ศึกษาวัตถุที่มีขนาดใหญ่แต่ตาเปล่าไม่สามารถแยกรายละเอียดได้ จึงต้องใช้กล้องชนิดนี้ช่วยขยาย กล้องชนิดนี้มีข้อแตกต่างจากกล้องทั่วไปคือ ภาพที่เห็นเป็นภาพเสมือนมีความชัดลึก และเป็นภาพสามมิติ มีลักษณะและทิศทางเหมือนวัตถุ เลนส์ใกล้วัตถุมีกำลังขยายต่ำ คือ น้อยกว่า 10 เท่า ใช้ศึกษาได้ทั้งวัตถุโปร่งแสงและวัตถุทึบแสง เช่น ปีกแมลง เส้นใบ เป็นต้น 

2. electron microscope (EM)

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้ลำอนุภาคอิเล็กตรอนพลังงานสูงในการตรวจสอบวัตถุแทนแสงธรรมดา เนื่องจากความยาวคลื่นของลำอนุภาคอิเล็กตรอนนั้นสั้นกว่าความยาวคลื่นแสงถึง 100,000 เท่า ทำให้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน สามารถให้ประสิทธิภาพของกำลังขยาย และการแจกแจงรายละเอียดได้เหนือกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง โดยสามารถแยกรายละเอียดของวัตถุที่เล็กขนาด 10 อังสตรอม หรือ 0.1 นาโนเมตร

(กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงจะแจกแจงรายละเอียดได้ประมาณ 0.2 ไมโครเมตร จึงทำให้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมีกำลังขยายสูงมากถึง 500,000 เท่า)

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมี 2 ชนิด ได้แก่

             2.1 transmission electron microscope (TEM)

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน เป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ใช้ศึกษาตัวอย่างชนิดบางพิเศษ ซึ่งเตรียมขึ้นโดยวิธีพิเศษเพื่อให้ลำอนุภาคอิเล็กตรอนผ่านทะลุได้ การสร้างภาพจากกล้องประเภทนี้จะทำได้โดยการตรวจวัดอิเล็กตรอนที่ทะลุผ่านตัวอย่างนั่นเอง เครื่อง TEM เหมาะสำหรับศึกษารายละเอียดขององค์ประกอบภายในของ ตัวอย่าง เช่น องค์ประกอบภายในเซลล์ ลักษณะของเยื่อหุ้มเซลล์ ผนังเซลล์ เป็นต้น ซึ่งจะให้ รายละเอียดสูงกว่ากล้องจุลทรรศน์ชนิดอื่นๆ เนื่องจากมีกำลังขยายและประสิทธิภาพในการแจกแจง รายละเอียดสูงมาก (กำลังขยายสูงสุดประมาณ 0.1นาโนเมตร)

             2.2 scanning electron microscope (SEM)

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด เป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่มีกำลังขยายไม่สูงเท่ากับเครื่อง TEM โดยเครื่อง SEM มีกำลังขยาย สูงสุดประมาณ 10 นาโนเมตร

การเตรียมตัวอย่างเพื่อที่จะดูด้วยเครื่อง SEM นี้ไม่จำเป็นที่ตัวอย่างจะต้องมีขนาดบางเท่ากับเมื่อดูด้วยเครื่อง TEM ก็ได้ (เพราะไม่ได้ตรวจวัดจากการที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ทะลุผ่านตัวอย่าง) การสร้างภาพทำได้โดยการตรวจวัดอิเล็กตรอนที่สะท้อนจากพื้นผิวหน้าของตัวอย่าง ซึ่งภาพที่ได้จากเครื่อง SEM นี้จะเป็นภาพลักษณะของ 3 มิติ ดังนั้นเครื่อง SEM จึงถูกนำมาใช้ในการศึกษาสัณฐาน และรายละเอียดของลักษณะพื้นผิวของตัวอย่าง เช่น ลักษณะพื้นผิวด้าน นอกของเนื้อเยื่อและเซลล์ หน้าตัดของโลหะและวัสดุเป็นต้น 

3. ตารางเปรียบเทียบความแตกต่างของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง และอิเล็กตรอน