De microscoop is een van de belangrijkste hulpmiddelen van de microbioloog. Het werd uitgevonden in de jaren 1600 toen Anton van Leeuwenhoek bouwde op een eenvoudig model van een buis, vergrootglas en podium om de eerste visuele ontdekkingen van bacteriën en circulerende bloedcellen te doen. Tegenwoordig is microscopie op medisch gebied essentieel om nieuwe cellulaire ontdekkingen te doen, en de soorten microscopen kunnen worden geclassificeerd op basis van de fysieke principes die ze gebruiken om een beeld te genereren.
Lichtmicroscopen

Enkele van de meest veelvoorkomende scopes in laboratoria gebruiken zichtbaar geprojecteerd licht om een object te verlichten en te vergroten. De meest eenvoudige lichtscope, een ontleding of stereomicroscoop, maakt het mogelijk om een heel organisme in één keer te bekijken terwijl details zoals de antennes van een vlinder worden weergegeven met een vergroting van 100x tot 150x. Samengestelde scopes, gebruikt voor grotere cellulaire details, bevatten twee soorten lenzen die functioneren om eencellige organismen 1000 tot 1500 keer te vergroten. Meer gespecialiseerd zijn donkere veld- en fasecontrastmicroscopen, die licht verstrooien om niet alleen levende cellen te vangen, maar zelfs interne celonderdelen, zoals mitochondriën.
Fluorescerende microscopen

De fluorescerende of confocale microscoop gebruikt ultraviolet licht als zijn lichtbron. Wanneer ultraviolet licht een object raakt, prikkelt het de elektronen van het object en zendt het licht in verschillende kleuren uit, wat kan helpen bij het identificeren van bacteriën in een organisme. In tegenstelling tot samengestelde en ontledende scopen, tonen fluorescerende microscopen het object door een confocaal gaatje, zodat een compleet beeld van het monster niet wordt getoond. Dit verhoogt de resolutie door extern fluorescerend licht buiten te sluiten en een schoon driedimensionaal beeld van het monster te bouwen.
Elektronenmicroscopen

De gebruikte energiebron in de elektronenmicroscoop is een elektronenstraal. De straal heeft een uitzonderlijk korte golflengte en verhoogt de resolutie van het beeld aanzienlijk via lichtmicroscopie. Hele objecten zijn bedekt met goud of palladium, dat de elektronenstraal afbuigt, waardoor donkere en lichte gebieden worden gecreëerd als 3D-beelden die op een monitor worden bekeken. Details zoals de ingewikkelde silica-shells van mariene diatomeeën en oppervlaktegegevens van virussen kunnen worden vastgelegd. Zowel transmissie-elektronenmicroscopen (TEM) als de nieuwere scanning elektronenmicroscopen (SEM) vallen in deze gespecialiseerde categorie van microscopie.
Röntgenmicroscopen

Zoals de naam al doet vermoeden, gebruiken deze microscopen een bundel X- stralen om een afbeelding te maken. In tegenstelling tot zichtbaar licht reflecteren of breken röntgenstralen niet gemakkelijk en zijn ze onzichtbaar voor het menselijk oog. De beeldresolutie van een röntgenmicroscoop valt tussen die van een optische microscoop en die van een elektronenmicroscoop en is gevoelig genoeg om de individuele plaatsing van atomen in moleculen van een kristal te bepalen. In tegenstelling tot elektronenmicroscopie, waarbij het object wordt gedroogd en gefixeerd, kunnen deze zeer gespecialiseerde microscopen levende cellen vertonen.