ในการศึกษาสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กและโครงสร้างของวัตถุที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า การค้นพบและพัฒนาเทคโนโลยีของกล้องจุลทรรศน์ได้เปลี่ยนแปลงโลกทางวิทยาศาสตร์ไปอย่างมาก ไม่ว่าจะเป็นการศึกษาทางชีววิทยา การแพทย์ นิติวิทยาศาสตร์ รวมถึงอุตสาหกรรมต่างๆ กล้องจุลทรรศน์ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสังเกตเซลล์ แบคทีเรีย ไวรัส และองค์ประกอบทางจุลภาคอื่นๆ ได้อย่างละเอียด ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการทำความเข้าใจระบบชีววิทยาของสิ่งมีชีวิต รวมถึงการคิดค้นยารักษาโรคและเทคโนโลยีด้านชีวการแพทย์
กล้องจุลทรรศน์มีหลายประเภทตามลักษณะการทำงาน
กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงเป็นกล้องที่พบได้ทั่วไปในห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ โดยใช้แสงส่องผ่านตัวอย่างและขยายภาพผ่านเลนส์เพื่อให้สามารถมองเห็นได้ชัดเจน กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงนี้สามารถแบ่งออกเป็นแบบธรรมดาและแบบฟลูออเรสเซนซ์ที่ใช้สารเรืองแสงช่วยให้สามารถมองเห็นโครงสร้างเฉพาะของเซลล์ได้ชัดเจนขึ้น ในขณะที่กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเป็นเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าขึ้นไปอีกระดับ โดยใช้ลำแสงอิเล็กตรอนแทนแสงธรรมชาติ ทำให้สามารถขยายภาพได้ในระดับนาโนเมตร และสามารถใช้ศึกษาโครงสร้างของไวรัส โมเลกุล และอนุภาคนาโนได้อย่างละเอียดมากขึ้น
การใช้กล้องจุลทรรศน์ในทางการแพทย์เป็นสิ่งที่ช่วยให้วงการแพทย์สามารถตรวจวินิจฉัยโรคได้อย่างแม่นยำ ไม่ว่าจะเป็นการศึกษาตัวอย่างเลือด เซลล์เนื้อเยื่อ หรือเชื้อโรคที่เป็นสาเหตุของการติดเชื้อ ในห้องปฏิบัติการทางการแพทย์ กล้องจุลทรรศน์ถูกนำมาใช้ในการตรวจหาเซลล์มะเร็ง การวิเคราะห์พยาธิวิทยา และการทดสอบทางจุลชีววิทยาเพื่อระบุเชื้อแบคทีเรียหรือไวรัสที่ก่อให้เกิดโรค การพัฒนากล้องจุลทรรศน์ที่มีความละเอียดสูงยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาเซลล์ต้นกำเนิดและโครงสร้างทางพันธุกรรม ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีการรักษาด้วยเซลล์บำบัด
กล้องจุลทรรศน์มีบทบาทสำคัญในกระบวนการควบคุมคุณภาพ
การพัฒนาวัสดุใหม่ อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนในการตรวจสอบโครงสร้างของวงจรรวมและชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็กมาก อุตสาหกรรมวัสดุศาสตร์ใช้กล้องจุลทรรศน์เพื่อศึกษาลักษณะของวัสดุในระดับอะตอมและนาโน รวมถึงการวิเคราะห์ความแข็งแรงและโครงสร้างภายในของโลหะ อุตสาหกรรมอาหารและยาใช้กล้องจุลทรรศน์เพื่อตรวจสอบสิ่งปนเปื้อนและควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์ให้เป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัย กล้องจุลทรรศน์ยังมีบทบาทในงานนิติวิทยาศาสตร์ที่ใช้ในการวิเคราะห์หลักฐานจากสถานที่เกิดเหตุ
การตรวจสอบเส้นใย ผงแป้ง ลายนิ้วมือ หรือแม้แต่จุลินทรีย์ที่อาจเป็นหลักฐานสำคัญในการสืบสวนคดี การใช้กล้องจุลทรรศน์ขั้นสูงช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุสารเคมีหรือองค์ประกอบของหลักฐานได้อย่างละเอียด ซึ่งมีความสำคัญต่อการตรวจสอบข้อเท็จจริงทางกฎหมาย วิวัฒนาการของกล้องจุลทรรศน์ยังคงดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น กล้องจุลทรรศน์กำลังขยายแบบสามมิติ กล้องจุลทรรศน์ที่ใช้เลเซอร์ และกล้องจุลทรรศน์ที่สามารถสแกนตัวอย่างแบบเรียลไทม์ ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการศึกษาโลกจุลภาค
