จุลินทรีย์เป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กมากที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ต้องใช้กล้องจุลทรรศน์เพื่อดูสิ่งเหล่านี้ กล้องจุลทรรศน์เป็นอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยเลนส์ต่างๆ ที่ขยายวัตถุและสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กมากเพื่อให้ศึกษาลักษณะเฉพาะของพวกมันได้ง่าย กล้องจุลทรรศน์ตัวแรกถูกประดิษฐ์ขึ้น ตั้งแต่นั้นมาก็มีความซับซ้อนมากขึ้นตามความต้องการในการใช้งาน กล้องจุลทรรศน์สมัยใหม่ประกอบด้วยเลนส์หลายตัว โดยกล้องจุลทรรศน์บางรุ่นมีความสามารถในการขยายวัตถุได้ถึงหนึ่งล้านเท่าของขนาดจริง แต่กล้องจุลทรรศน์ดังกล่าวเป็นอุปกรณ์พิเศษ

กล้องจุลทรรศน์แบ่งออกได้คือ

• กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและกล้องจุลทรรศน์แบบอิเล็กตรอน กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงใช้แสงส่องตัวอย่างภายใต้การขยาย กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงมีสี่ประเภทที่แตกต่างกัน
• กล้องจุลทรรศน์ในห้องปฏิบัติการธรรมดาเป็นตัวอย่างของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ในทางกลับกัน กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนใช้การส่งสัญญาณหรือการสแกนเพื่อขยายและตรวจจับวัตถุ 
• เหล่านี้เป็นสองประเภทที่แบ่งกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนทั้งหมดใช้อิเล็กตรอนแทนคลื่นแสงเพื่อให้แสงสว่างแก่วัตถุภายใต้การขยาย แม้ว่ากล้องจุลทรรศน์โดยทั่วไปจะเปลี่ยนรูปไปแล้ว

แต่กล้องจุลทรรศน์ในห้องปฏิบัติการยังคงเป็นอุปกรณ์ที่เรียบง่าย กล้องจุลทรรศน์ในห้องปฏิบัติการทั่วไปเป็นแบบง่ายๆ ประกอบด้วยชิ้นตาหนึ่งหรือสองชิ้น รองรับเลนส์ใกล้วัตถุ 3-4 ตัวที่มีกำลังขยายต่างกัน กล้องจุลทรรศน์ ยี่ห้อไหนดีในห้องปฏิบัติการปกติมีความสามารถในการขยายวัตถุจาก 5 เท่าถึงประมาณ 100 เท่าของขนาดเดิม กำลังขยายนี้เพียงพอที่จะส่องไปยังวัตถุและสิ่งมีชีวิตที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่าโดยทั่วไป

กล้องจุลทรรศน์เหล่านี้ยังมีเลนส์แช่น้ำมัน

• ซึ่งกำลังขยายผ่านเลนส์ที่แช่อยู่ในน้ำมัน ใช้น้ำมันพิเศษร่วมกับเลนส์เพื่อให้ได้กำลังขยายพิเศษถึง 100 เท่า น้ำมันและเลนส์กระจกมีดัชนีการหักเหของแสงเท่ากันเพื่อให้แน่ใจว่า
• ไม่มีการสูญเสียแสงเนื่องจากการหักเหของแสง กล้องจุลทรรศน์ในห้องปฏิบัติการที่ใช้โดยห้องปฏิบัติการทางการแพทย์ที่เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์ของเหลวในร่างกายมีความแตกต่างกันบ้าง 
• กล้องจุลทรรศน์เหล่านี้มีกำลังขยายสูงกว่า เนื่องจากแบคทีเรียและไวรัสมีขนาดที่เล็กกว่ากำลังขยายของกล้องจุลทรรศน์ในห้องปฏิบัติการทั่วไป ห้องปฏิบัติการหลายแห่งยังใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

นักวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดบางคนและการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมาเกิดขึ้นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ในห้องปฏิบัติการทั่วไป ตัวอย่างนี้คือการค้นพบเพนิซิลินโดยอเล็กซานเดอร์ เฟลมมิง ซึ่งพบสารนี้โดยบังเอิญเมื่อมันติดเชื้อและปนเปื้อนในการทดลองของเขา เมื่อเขานำมันไปส่องดูใต้กล้องจุลทรรศน์ เขาก็ต้องแปลกใจที่พบว่าแบคทีเรียจำนวนมากในการทดลองของเขาเต็มไปด้วยแบคทีเรีย มีการค้นพบที่น่าอัศจรรย์ที่คล้ายกันหลายอย่างซึ่งสามารถนำมาประกอบกับกล้องจุลทรรศน์ในห้องปฏิบัติการได้ แม้จะดูเป็นอุปกรณ์ง่ายๆ