裝有顯微鏡的拉曼光譜儀能夠做到微區分析，與之相應的技術常稱為顯微拉曼光譜術（Micro-Raman Spectroscopy）。借助顯微鏡系統，儀器既能顯示材料很小區域的形貌（對透明材料也能觀察到內部結構），又能收集到該區域的拉曼光譜散射光。橫向分辨率可達到微米級別。共聚焦顯微鏡的出現，優化了軸向分辨率。聚焦得很好的激光束給出很小的斑點大小，從而能獲得更好的橫向空間分辨率，而激光束的快速發散則能獲得好的軸向（深度）分辨率。通常，激發光通過顯微鏡物鏡聚焦于試樣上，拉曼散射光則由同一物鏡收集后送入光譜儀。顯微鏡載物臺能使試樣相對物鏡作精確的三維移動，裝顯微鏡的最大好處就是能觀察到試樣的放大像，并能從中選定發出拉曼散射光的試樣微區，這樣能夠既容易又快捷的對試樣給定區域進行對光，又有助于確保獲得的光譜是來自材料感興趣的區域，而不是存在污染物質或不具代表性的區域；配備顯微鏡的另一好處就是激光斑點很小，便于研究很小的試樣區域，但是不容易得到一個大范圍內的平均光譜信號。