顯微鏡是利用凸透鏡的放大成像原理，將人眼不能分辨的微小物體放大到人眼能分辨的尺寸，其主要是增大近處微小物體對眼睛的張角（視角大的物體在視網膜上成像大），用角放大率M表示它們的放大本領。因同一件物體對眼睛的張角與物體離眼睛的距離有關，所以一般規定像離眼睛距離為25厘米（明視距離）處的放大率為儀器的放大率。顯微鏡觀察物體時通常視角甚小，因此視角之比可用其正切之比代替。
顯微鏡由兩個會聚透鏡組成，光路圖如圖所示。物體AB經物鏡成放大倒立的實像A1B1，A1B1位于目鏡的物方焦距的內側，經目鏡后成放大的虛像A2B2于明視距離處。