当我们拿着望远镜看事物的时候，感觉很远的地方也能看得非常清楚，好像就在眼前一样。而当我们戴着眼镜的时候，也感觉看东西非常清晰。你可知道望远镜其实是个放大镜，而眼镜是个简易的显微镜吗？
放大镜和显微镜都是用透镜制作的。透镜的原理就是利用光的折射和折射率。光线在均匀的相同性介质中，两点之间以直线传播；而当通过不同密度介质的透明物体时，则发生折射现象，这是由于光在不同介质的传播速度不同所造成的。显微镜是两个凸透镜，望远镜是一个凸透镜和一个凹透镜。
显微镜和放大镜起着同样的作用，就是把近处的微小物体放大，以供人眼观察。只是显微镜比放大镜具有更高的放大率而已。物体位于物镜前方，离开物镜的距离大于物镜的焦距，但小于两倍物镜焦距。所以，它经物镜以后，必然形成一个倒立的放大的实像A′B′。A′B′靠近F2的位置上。再经目镜放大为虚像A″B″后供眼睛观察。目镜的作用与放大镜一样。所不同的只是眼睛通过目镜所看到的不是物体本身，而是物体被物镜已经放大了一次的像。
在日常生活中，室内飞扬的微粒灰尘是不易被看见的，但在灰暗的房间中若有一束光线从门缝斜射进来，灰尘便粒粒可见了，这是光学上的丁达尔现象。暗视野显微镜就是利用此原理设计的。它的结构特点主要是使用中央遮光板或暗视野聚光器，常用的是抛物面聚光器，使光源的中央光束被阻挡，不能由下而上地通过标本进入物镜。从而使光线改变途径，倾斜地照射在观察的标本上，标本遇光发生反射或散射，散射的光线投入物镜内，因而整个视野是黑暗的。在暗视野中所观察到的是被检物体的衍射光图像，并非物体的本身，所以只能看到物体的存在和运动，不能辨清物体的细微结构。但被检物体为非均质时，并大于二分之一波长，则各级衍射光线同时进入物镜，在某种程度上可观察物体的构造。一般暗视野显微镜虽看不清物体的细微结构，但却可分辨0.004微米以上的微粒的存在和运动，这是普通显微镜（最大的分辨力为0.2微米）所不具有的特性，可用以观察活细胞的结构和细胞内微粒的运动等。
显微镜物镜的焦距很短，如此，被观察物虽离物镜很近，实际上却是处在物镜一倍焦距和二倍焦距之间（此时在镜筒中成放大的实像）。同时，目镜焦距较长，这个实像便落在目镜的一倍焦距之内，经过目镜的再次放大，镜筒外靠近眼睛的地方便形成了经过放大的物体的虚像。
放大镜是用来观察物体细节的简单目视光学器件，是焦距比眼的明视距离小得多的会聚透镜。物体在人眼视网膜上所成像的大小正比于物对眼所张的角（视角）。视角愈大，像也愈大，愈能分辨物的细节。移近物体可增大视角，但受到眼睛调焦能力的限制。使用放大镜，令其紧靠眼睛，并把物放在它的焦点以内，放大成一正立虚像。放大镜的作用是放大视角。
凸透镜的五种成像规律：（1）当物体位于透镜物方二倍焦距以外时，则在像方二倍焦距以内、焦点以外形成缩小的倒立实像；（2）当物体位于透镜物方二倍焦距上时，则在像方二倍焦距上形成同样大小的倒立实像；（3）当物体位于透镜物方二倍焦距以内，焦点以外时，则在像方二倍焦距以外形成放大的倒立实像；（4）当物体位于透镜物方焦点上时，则像方不能成像；（5）当物体位于透镜物方焦点以内时，则像方也无像的形成，而在透镜物方的同侧比物体远的位置形成放大的直立虚像。
19世纪70年代，德国人阿贝奠定了显微镜成像的古典理论基础。这些都促进了显微镜制造和显微观察技术的迅速发展，并为19世纪后半叶包括科赫、巴斯德等在内的生物学家和医学家发现细菌和微生物提供了有力的工具。在显微镜本身结构发展的同时，显微观察技术也在不断创新：1850年出现了偏光显微术；1893年出现了干涉显微术；1935年荷兰物理学家泽尔尼克创造了相衬显微术，他因此在1953年获得了诺贝尔物理学奖。古典的光学显微镜只是光学元件和精密机械元件的组合，它以人眼作为接收器来观察放大的像。后来在显微镜中加入了摄影装置，以感光胶片作为可以记录和存储的接收器。现代又普遍采用光电元件、电视摄像管和电荷耦合器等作为显微镜的接收器，配以微型电子计算机后构成完整的图像信息采集和处理系统。
折射望远镜是用透镜作物镜的望远镜，分为两种类型：由凹透镜作目镜的称伽利略望远镜；由凸透镜作目镜的称开普勒望远镜。因单透镜物镜色差和球差都相当严重，现代的折射望远镜常用两块或两块以上的透镜组作物镜。其中以双透镜物镜应用最普遍。它由相距很近的一块冕牌玻璃制成的凸透镜和一块火石玻璃制成的凹透镜组成，对两个特定的波长完全消除位置色差，对其余波长的位置色差也可相应减弱。
反射望远镜是用凹面反射镜作物镜的望远镜，可分为牛顿望远镜、卡塞格林望远镜、格雷果里望远镜、折轴望远镜等几种类型。反射望远镜的主要优点是不存在色差，当物镜采用抛物面时，还可消去球差。但为了减小其他像差的影响，可用视场较小。对制造反射镜的材料只要求膨胀系数较小、应力小和便于磨制。磨好的反射镜一般在表面镀一层铝膜，铝膜在2000～9000埃波段范围的反射率都大于80%，因而除光学波段外，反射望远镜还适于对近红外和近紫外波段进行研究。反射望远镜的相对口径可以做得较大，主焦点式反射望远镜的相对口径约为0.2～0.4米，甚至更大，而且除牛顿望远镜外，镜筒的长度比系统的焦距要短得多，加上主镜只有一个表面需要加工，这就大大降低了造价和制造的困难，因此目前口径大于1.34米的光学望远镜全部是反射望远镜。一架较大口径的反射望远镜，通过变换不同的副镜，可获得主焦点系统（或牛顿系统）、卡塞格林系统和折轴系统。这样，一架望远镜便可获得几种不同的相对口径和视场。反射望远镜主要用于天体物理方面的工作。
折反射望远镜是由折射元件和反射元件组合而成的望远镜，包括施密特望远镜和马克苏托夫望远镜及它们的衍生型，如超施密特望远镜、贝克—努恩照相机等。在折反射望远镜中，由反射镜成像，折射镜用于校正像差。它的特点是相对口径很大（甚至可大于1米），光力强，视场广阔，像质优良；适于巡天摄影和观测星云、彗星、流星等天体。小型目视望远镜若采用折反射卡塞格林系统，镜筒可非常短小。