顯微鏡是觀察細菌形態的必備儀器。分為光學顯微鏡和電子顯微鏡。光學顯微鏡有普通光學顯微鏡、暗視野顯微鏡、相差顯微鏡、熒光顯微鏡等。
1.不染色可以觀察細菌的動力及運動等活體狀況，由于細菌的折光性不強，不能清楚的看到細菌的形態特征和結構。
標本的制作懸滴法、壓滴法和毛細管法，后者主要用于厭氧菌的動力觀察。用普通光學顯微鏡、暗視野顯微鏡或位相差顯微鏡觀察。
2.染色標本的形態檢查
細菌的染色可能是由于毛細管現象和染料的滲透作用、染料的溶解和吸收作用使染料進入細胞內，或由于電荷的吸附和結合使細菌著色。也可能與細菌細胞內的化學成分有關。此外細菌的染色性與細菌細胞膜的通透性、細胞結構的完整性，以及培養基的種類、菌齡，染色液的離子強度、pH，染色溫度等密切相關。
醫學檢驗中常用的染料：
酸性染料 細菌一般情況下都帶負電荷，故酸性染料一般不著色。如剛果紅、伊紅等。
堿性染料 細菌一般情況下都帶負電荷，因此能與細菌結合，細菌學檢查中常用此類染料。如美藍、結晶紫和堿性復紅等。
復合染料 如姬姆薩染料，是堿性和酸性染料的復合物。
單純染料 如蘇丹類染料，溶于脂肪溶劑中，不溶于水，化學親和力低。
3.染色方法
應先制作細菌涂片。方法有單染色法和復合染色法。
（1）革蘭染色法 染液由革蘭結晶紫染液、革蘭碘液、95%酒精和稀釋石炭酸復紅（沙黃）組成。革蘭陽性菌為紫色，革蘭陰性菌呈紅色。
影響因素：涂片過厚將使脫色不完全，酒精脫色時間過長將導致過度脫色；染液儲存過久由于蒸發而影響濃度，特別是碘液久存或見光而形成碘酸，失去媒染作用；95%酒精如果密封不佳易揮發，失去脫色作用；細菌形態學檢查以對數生長期的細菌形態最為典型，菌齡過長易致陰性。
（2）抗酸染色法 染液由石炭酸復紅、3%鹽酸酒精和美藍組成。抗酸菌呈紅色，非抗酸菌和細胞呈藍色。
本法主要用于結核分枝桿菌和麻風分枝桿菌的檢查，每張載玻片上只能涂1份標本，最好使用新玻片，否則必須徹底清洗干凈。染色使不得使用染色缸，吸水紙1片1張不得重復使用。脫色時間不得過短。為了防止實驗室感染可將標本先進行高壓蒸氣滅菌，然后進行抗酸染色。