Mikroskop fluorescencyjny jest odmianą mikroskopu optycznego: także wykorzystuje promienie świetlne do wytworzenia obrazu oraz jest wyposażony w układ optyczny, ale jego działanie określają zjawiska fluorescencjifluorescencjafluorescencji i fosforescencjifosforescencjafosforescencji.

Preparaty przygotowywane do obserwacji poddaje się działaniu barwników fluorescencyjnych (tzw. znaczników fluorescencyjnych lub fluorochromów). Obraz obiektu obserwowanego za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego przypomina negatyw obrazu z konwencjonalnego mikroskopu optycznego: barwne struktury są widoczne na ciemnym tle.

Mikroskopy fluorescencyjne pozwalają na takie samo maksymalne powiększenie i taką samą rozdzielczość jak mikroskopy optyczne.

Szczególnym rodzajem mikroskopu fluorescencyjnego jest mikroskop konfokalny, wykorzystujący jako źródło promieniowania wiązkę laserową skanującą preparatpreparat mikroskopowypreparat. Obraz obserwowanego obiektu jest silnie kontrastowy – charakteryzuje się ostrymi konturami zabarwionych struktur. Ten typ mikroskopu umożliwia ponadto uzyskiwanie obrazów w formie elektronicznej, dzięki czemu mogą być one trójwymiarowe.

Mikroskopy fluorescencyjne są szczególnie przydatne podczas obserwacji wybranych komórek lub struktur komórkowych, które wcześniej zostały zabarwione. Ta cecha mikroskopów fluorescencyjnych jest wykorzystywana m.in. w okulistyce (np. w czasie badania rogówkirogówkarogówki, podczas którego wykorzystuje się mikroskopię konfokalną). Z pomocą mikroskopów fluorescencyjnych prowadzi się również analizy ilościowe.

Powiększony obraz badanego obiektu otrzymuje się przy użyciu oddziałującego z nią strumienia elektronów, uformowanego przez soczewki elektromagnetyczne. Rozróżnia się dwa główne rodzaje mikroskopów elektronowych: mikroskop elektronowy transmisyjny (ang. transmission electron microscope, TEM) oraz mikroskop elektronowy skaningowy (ang. scanning electron microscope, SEM).

Transmisyjny mikroskop elektronowy (TEM) pozwala na uzyskanie powiększenia obrazu 1 000 000 razy przy zdolności rozdzielczej na poziomie 0,2 nm. Preparat barwi się związkami metali ciężkich (np. ołowiu, uranu), aby zwiększyć kontrast struktur komórki zróżnicowanych pod względem powinowactwa do jonów tych metali. Uzyskany obraz jest dwuwymiarowy.

Skaningowy mikroskop elektronowy (SEM) pozwala na obserwację trójwymiarowej topografii powierzchni przedmiotów powiększonych nawet 4 000 000 razy przy maksymalnej rozdzielczości 1 nm. Obserwowane przedmioty na całej powierzchni badanej próbki pokrywa się cienką warstwą wybranych metali szlachetnych.

Mikroskopy elektronowe stosuje się do obserwacji struktur komórkowych, białek, wirusów i małych cząsteczek (ze względu na możliwość uzyskania bardzo dużego powiększenia i dużej rozdzielczości, a w przypadku SEM – trójwymiarowych obrazów). Mikroskopów tego rodzaju nie można jednak wykorzystać do obserwacji żywych komórek. Należy także zauważyć, że uzyskany obraz martwych struktur może odbiegać od obrazu żywych obiektów, a ponadto jest on pozbawiony naturalnej ich barwy (obiekty na zdjęciach mikroskopowych albo są przedstawione w skali szarości, albo też zostają pokolorowane już po wykonaniu fotografii).