显微镜下供人们观察的标本，由于已离开活的完整机体，或经化学药品处理后，其结构会发生不同程度的变化，不能完全反映其在生活状态下的结构，故需采用多种技术综合地进行研究对比观察，彼此相互验证，才能较正确地反映组织的真实结构。组织学与胚胎学的研究技术很多，可参阅有关专著，本书仅简略介绍几种主要技术的基本知识。
3.1 活细胞、组织和早期胚胎的观察方法
3.1.1 活体染色法
将无毒或毒性很小的染料，如锂卡红、台盼蓝等经静脉注入动物体内，显示肝脏的星形细胞、疏松结缔组织中的组织细胞等的吞噬异物现象。
体外活体染色法：从动物体取下部分器官，在活的状态下用詹纳绿选择性地使线粒体着色。中性红对活细胞染色后集中于白细胞的特殊颗粒内，由于这些染料有一定毒性，染色后细胞即中毒死亡。
3.1.2 显微解剖法
使用特制的显微操作器、显微针和显微滴管等，在显微镜下对细胞、组织、胚胎进行解剖、注射、移植或分离其中某些结构，研究其理化特性及细胞各部分间的相互关系。
3.1.3 组织培养法
模拟机体生理环境，在体外培养细胞或小块组织，使其在离体条件下继续生长、繁殖，培养中的细胞、组织可置于显微镜下观察其形态特征及其对不同外界环境的反应。可人为地给予各种不同条件，研究细胞的分裂、分化、结构和功能；也可将哺乳动物的早期胚胎，如受精卵、卵裂过程进行体外培养观察，同时用自动缩时显微电影装置等仪器记录活细胞的活动。
3.2 光镜技术
普通光学显微镜（简称光镜）下所见的结构，称为显微结构，约放大几十倍到4000倍。从活体取下的组织、部分器官或胚胎需用不同浓度化学药品溶液迅速固定，使其尽可能保持活体状态，随后切成薄片以供观察。
石蜡包埋切片法是应用最广的经典方法，组织、器官或胚胎经固定、水洗、脱水、透明后，浸于放置在温箱内已熔化的石蜡中，随后用石蜡包埋、粘于木块上，置切片机上切成薄片，再经贴片、染色等过程，最后用树胶封存。有的材料以火棉胶作包埋剂，进行切片、染色、封存。根据不同实验的需要，还可使用冰冻切片法、恒冷箱切片法，能较好地保存酶的活性。
切片需经染色后才能置于光镜下观察，最常用的染色法是苏木精和曙红染色（简称HE染色）。苏木精是碱性染料，易与核内酸性染色质起反应染成蓝色，称为嗜碱性；曙红是酸性染料，与含碱性物质较多的细胞质有较强的亲和力，染成红色，称为嗜酸性。有些细胞或组织的某些结构用某种染料染色时呈现出与染料完全不同的颜色，如用甲苯胺蓝染黏多糖时，不是染上蓝色，而是呈现粉红色，这种颜色的变异性称为异染性。
机体中有些结构经硝酸银处理（银染）后能将硝酸银还原，形成细小的金属银颗粒附着于组织结构上，使其呈现棕黑色，这种特性称为亲银性；有的结构本身不能使硝酸银还原，需外加还原剂才能使硝酸银还原成金属银微粒，呈棕黑色附着于结构上，这种特性称为嗜银性。
血液、精液等液态组织可制成涂片，经固定、染色后用于观察。有的组织如肠系膜、鸡胚等可制成装片，整块固定、染色后封装于玻片上。
3.3 电镜技术
3.3.1 透射电子显微镜
简称透射电镜，能将物体放大几千倍至几十万倍，它不仅显示细微的形态结构，甚至能揭示分子的排列和组合，其所见的结构称为亚微结构或超微结构。取小块组织经特定化学药品固定、树脂包埋，用特制的超薄切片机和玻璃刀制成厚20～80nm的超薄切片，再经铀、铅等重金属盐染色后，置电镜下观察。透射电镜是以电子束为照明源，电磁透镜成像，由电子透镜系统、真空系统和电源系统三大部分组成，并配以特殊机械装置的大型精密电子光学仪器。电镜下，组织被金属盐染上的部位，在荧光屏上显得深暗，图像较黑，称为电子密度高；反之，图像显得明淡，称为电子密度低。被检结构与重金属盐结合的称为正染色；被检结构不与重金属盐结合，通过相对较多电子，而染色剂却增加标本周围的密度，从而使标本显出负反差，称为负染色。一般标本均是正染色。
3.3.2 扫描电子显微镜技术
简称扫描电镜，它虽然存在分辨率较低等缺点，但其有放大倍数可变范围大、观察视场大、景深高等特点，所以组织细胞的表面图像立体感强，能显出三维超微结构，同时样品制备简便，制样周期较短。要观察的组织，经固定后，再经表面金属喷镀，不需制成切片，在荧光屏上即可显示出细胞表面的立体形态。扫描电镜由电子光学系统、真空系统、图像信号检测器、图像显示与记录系统、电源系统及其他附件所组成。
3.3.3 冷冻断裂蚀刻技术
用液氮低温处理生物样品，可使其结构保持近于生活状态，通过冷冻断裂、真空喷镀等步骤，得到浮雕般的复型膜，使样品断面的各种微细结构印在复型膜上。继之，在透射电镜下观察复型膜，既可充分显示出不同层次的结构图像，还能展现出各种生物膜结构的特点。这种技术具有图像清晰、立体感强的特点，对探索细胞超微结构、阐明结构与功能关系以及组织细胞三维结构的重建等均具有独特的作用。
3.3.4 超高压电子显微镜
即电压在500kV以上的电镜，它的电子束可穿透较厚的超薄切片，用于观察细胞内部的立体超微结构。
3.3.5 冷冻超薄切片技术
近代发展的低温超薄切片，克服了以化学药品固定时带来对生物大分子结构和活性的损坏，它是以低温物理固定，使生物组织细胞在很高的降温速率下，内部水分迅速冻结成玻璃状，既能保持样品的超微结构，又能保持生物大分子的活性，用附有冷冻样品台的透射电镜观察，更能反映生物活体的真实结构。
3.4 组织化学
组织化学：在形态学基础上研究细胞和组织中某些结构的化学组成、定位、定量及其代谢状态，是组织学与生物化学等的交叉学科。在组织切片上加以一定试剂，使其与组织中某些物质起化学反应，在发生反应的原位处形成有色沉淀，便于显微镜观察。如显示多糖的过碘酸席夫反应是多糖经高碘酸结合，形成紫红色沉淀物位于其存在部位。组织化学是对化学物质在组织细胞中的分布进行定位、定性的有效方法，但对化学物质的量只能用着色的深浅来表示，而不能作精确的定量。常用的组织化学方法如显示磷酸酶的钙钴法、显示蛋白质的汞溴酚蓝法、显示DNA与RNA的甲基绿派若宁法、显示脂类的苏丹染料法等。
3.5 免疫组织化学
免疫组织化学：根据抗体能与抗原特异性结合的免疫学原理，对细胞组织内含有的酶、激素及其他有抗原性的物质进行精确定位研究，具有特异性强、灵敏性高的特点，已广泛应用于组织学研究。其基本原理是：向动物体内注入抗原，使之产生相应的抗体，然后从该动物血清中提取这种抗体，用荧光染料、酶、铁蛋白或金属等标记。再用已标记的抗体与含相应抗原的组织进行反应，如系荧光标记者，则在荧光显微镜下观察；如系酶标记者，则在显示该种酶后，用光镜观察；如系用重金属标记者，则可直接在光镜或电镜下观察。
3.6 电镜细胞化学技术
电镜细胞化学技术：是利用化学试剂与细胞内某些物质起特异性反应，产生不溶性的电子致密沉淀物，在电镜下根据沉淀物来判断被检物的存在与分布。本法主要用于对蛋白质（尤其是酶）、核酸、脂肪、碳水化合物（糖类）及无机离子等细胞内化学物质进行定性和定位研究。免疫电镜技术是把免疫组织化学与电镜技术相结合，在超微结构水平上研究抗体与抗原相结合的一种方法。
3.7 荧光显微镜术
荧光显微镜术：该方法是电镜细胞化学方法之一。具有灵敏度高、选择性强、试样量少和方法简便等优点，可检测出普通显微术不能检测出的微量物质。在免疫组织化学中用荧光染料标记的抗体处理组织切片，可检知和该抗体对应的抗原，称为免疫荧光法。机体内的维生素A本身是荧光物质，可用荧光显微镜直接观察。肾上腺素、多巴胺、5羟色胺等单胺类物质，虽然本身不是荧光物质，但与甲醛反应后可变为呈现不同颜色的荧光物质，故可在荧光显微镜下观察。
3.8 放射自显影术
放射自显影术：利用放射性核素作为标记物，对细胞内化学物质进行定性、定位和定量研究。将放射性核素标记的物质注入动物体内，而后取某部位组织制成切片，涂以感光乳胶。放射线作用于感光乳胶，经显影、定影后，在有放射性核素标记的物质处，呈现银粒，即可在光镜或电镜下观察标记物质的存在部位及其数量。根据银粒的分布情况，进一步判断在代谢过程中生化物质的合成、分解、转运、分泌等动态变化过程。
3.9 特殊显微镜
为了观察细胞组织的不同特殊需要，设计有多种特殊显微镜，除电镜外均属光学显微镜。
3.9.1 暗视野显微镜
在结构和使用上均与普通光镜无本质上的差别，但其分辨力远高于光镜，它以胶体粒子的反射和散射现象为基础而设计，在视野内看到的不是照射来的直接光线，而是被检物体所散射的光线。暗视野显微镜主要应用了特制的聚光镜，不让光柱由下而上地通过物体，而使光线改变途径，使强度很大的光线不直接进入物镜，而是倾斜地射到观察的物体上，光线发生反射或散射的光线进入物镜，继之到达观察者的眼睛。利用此法观察时，只能见到物体的存在与运动，不能辨认物体的微细结构，如观察活细胞的细胞膜、细胞核、线粒体等。
3.9.2 相差显微镜
活的生物体在普通光镜下多呈无色透明状，这是由于光波通过时，波长和振幅不发生变化，所以很难观察其细微结构。相差显微镜的基本结构与光镜相似，另外配备以环状光澜、相板、中心望远镜和滤光镜等。该镜设计原理是利用光线在不同物质中折射率的不同，而产生相的差异，使未染色的标本显示出其微细结构，如检查活细胞、微生物、虫卵等未加染色的材料。新鲜和固定的材料均可做相差镜检，标本越薄，密度越低，越容易观察。
3.9.3 偏光显微镜
是鉴别组织微细结构光学性质的显微镜。生物体某些组织由于光学性质不同，可不经染色而被区别开来。此镜设计原理是应用光线通过标本时光速和折射率的改变或不改变的特性，检查被检物体的折光性质，了解某些结构的排列和性状。如肌原纤维的明带是单折光性，而暗带、胶原纤维、髓鞘则属于双折光性。偏光显微镜配备有偏光器、检偏器和补偿器等附件。
3.9.4 荧光显微镜
具有荧光性质的物质，经紫外光照射后会发出强的荧光。荧光显微镜的光源是短的紫外光（激发光），当标本内的荧光物质经紫外光照射后，使其转化为波长较长的可见光，即荧光，使标本成为可见物。该镜的分辨力强，其成像原理及构造与普通光镜基本相同，只是其光源常用超高压汞灯。由于透镜系统需通过紫外光，故需用石英材料制成各型透镜，此外另配以激发滤片、保护滤片、吸热滤片等装置。用于研究细胞组织内自发荧光物质的存在、分布以及检测荧光染色显示的结构和物质。