Il microscopio ottico è uno strumento che sfrutta la luce visibile per creare un'immagine ingrandita di un oggetto sfruttando la rifrazione della luce: è infatti costituito da due sistemi di lenti (l'obiettivo e l'oculare) montati alle due estremità di un tubo chiuso. L'obiettivo produce un'immagine reale ingrandita dell'oggetto, che si forma nel punto focale dell'oculare, in modo che questo fornisca all'osservatore un'immagine virtuale ingrandita.
La luce viene concentrata con un condensatore sul campione, che viene solitamente osservato in trasparenza. Il potere d'ingrandimento totale dello strumento è determinato dalla lunghezza focale dei due sistemi di lenti. Il potere risolutivo del microscopio ottico ha comunque un limite invalicabile che è legato sostanzialmente alla lunghezza d’onda della luce impiegata, quindi le dimensioni dell'oggetto più piccolo che si riesce a distinguere non possono essere molto inferiori al micrometro.
L'attrezzatura accessoria del microscopio ottico comprende il piano portacampioni e alcuni dispositivi di regolazione della distanza dell'obiettivo dall'oggetto, per la messa a fuoco.

In genere, i campioni da osservare vengono posti fra due sottili vetrini rettangolari e fissati sul portacampioni, che reca al centro un foro attraverso il quale passa la luce. Il tipo di microscopio con cui è stata realizzata la microfotografia delle due celule di Strobilidium è chiamato microscopio rovesciato. Il campione, anziché essere appoggiato sul vetrino e venire osservato da sopra, è contenuto in una vaschetta ed è osservato dal di sotto. Il microscopio rovesciato o invertito viene usato in biologia cellulare e in biologia marina per l'osservazione di campioni sospesi in un mezzo liquido.