Mikroskop optyczny wykorzystuje skupioną wiązkę światła widzialnego do powiększania obiektów do obserwacji. Działa w podobny sposób jak teleskop załamujący, ale z kilkoma drobnymi różnicami. Teleskop wykorzystuje dużą soczewkę obiektywu, ponieważ potrzebuje dużej ilości światła, aby przyciemnić i oddalić obiekt w jasnym ognisku. Z drugiej strony, mikroskop optyczny nie potrzebuje dużej soczewki obiektywu, ponieważ musi tylko pozyskiwać światło z małego obszaru cienkiej, bliskiej próbki, która jest dobrze oświetlona.
Mikroskop optyczny wykorzystuje malutką i sferyczną soczewkę obiektywu i ma krótszą ogniskową po obu stronach. Mikroskop przynosi ostrość obrazu obiektu z bliskiej odległości wewnątrz tuby. Druga soczewka, zwana okularem lub soczewką okularową, powiększa obraz. Oprócz źródła światła mikroskop ma również kondensator, który skupia światło od źródła do małej, jasnej plamki próbki.
W porównaniu do teleskopu, który ma wymienne okulary i nieruchomą soczewkę obiektywu, mikroskop ma stałe okulary i wymienne obiektywy. Może powiększać niewiarygodnie małe obszary, gdy soczewki obiektywu zmieniają się z płaskich soczewek o niskim powiększeniu na bardziej okrągłe, o dużym powiększeniu. Jakość obrazu obserwowana przy użyciu mikroskopu świetlnego jest oceniana na podstawie jasności, rozdzielczości i kontrastu. Mikroskopy świetlne są zwykle używane do badania komórek i organelli.
