Kính hiển vi gồm hai bộ phận chính: Vật kính O1 và thị kính O2 đặt cách nhau một khoảng l = O1 O2 không đổi.
Vật kính là một thấu kính hội tụ có tiêu cự rất ngắn, khoảng vài milimét, dùng để tạo ra một ảnh thật, lớn hơn vật và ngợc chiều với vật. Thị kính là một thấu kính hội tụ có tiêu cự vài centimet, đợc dùng nh một kính lúp để quan sát ảnh thật nêu trên.
Sơ đồ tạo ảnh :
AB→O1 A1B1→O2 A2B2
Vật nhỏ AB đặt trớc và gần tiêu điểm F1 của vật kính. ảnh A1B1 của AB qua vật kính O1 là ảnh thật, ngợc chiều với AB. Đặt mắt sau thị kính O2 ta sẽ trông thấy ảnh ảo A2B2 của A1B1 dới góc trông α lớn hơn rất nhiều so với α0 - góc nhìn vật khi không có kính.
Điều chỉnh khoảng cách vật AB đến vật kính sao cho ảnh A2B2 trong giới hạn nhìn rõ của mắt. Khi ngắm chừng ở vô cực (ảnh A2B2 ở vô cực), Số bội giác của kính hiển vi:
G∞ = k1G2 = 2 1f f Đ δ
δ : Độ dài quang học của kính hiển vi, là khoảng cách từ tiêu điểm ảnh của vật kính đến tiêu điểm vật của thị kính, δ = F1'F2.
Các giá trị k1, G2 đợc ghi trên vành đỡ của vật kính và thị kính.
Ví dụ : X10, X90 có nghĩa là k1 = 10; G2=90 . Kính hiển vi quang học có số bội giác lớn nhất vào khoảng 2000.
Ngoài hai bộ phận chính đó, còn có các bộ phận khác nh bộ phận tụ sáng (là gơng phẳng hoặc lõm), tiêu bản (trong suốt) để đặt vật cần quan sát, vòng đỡ các vật kính, vít điều chỉnh ...
Về lý thuyết có thể chế tạo kính hiển vi có số bội giác rất lớn. Nhng ánh sáng chiếu vào vật, tới vật kính là ánh sáng khả kiến (bớc sóng từ 0,4 àm đếm 0,7 àm) và chỉ những chi tiết trên tiêu bản lớn hơn hoặc bằng bớc sóng ánh sáng mới cản đợc ánh sáng, sinh ra bóng tối mắt mới nhìn đợc ảnh của chi tiết đó qua kính.
Từ năm 1930, ngời ta đã chế tạo ra kính hiển vi điện tử. Trong dụng cụ này, ngời ta dùng các chùm tia điện tử để “chiếu sáng” vật quan sát. Số bội giác của kính hiển vi điện tử có thể tới 1 triệu.
Dùng kính hiển vi điện tử tức là thay ánh sáng khả kiến bằng chùm electron có bớc sóng ngắn sẽ quan sát đợc các vật cỡ 10- 8m.