Urządzeniem służących biologom do obserwacji małych obiektów, zwykle niewidocznych gołym okiem jest mikroskop.

Pierwsze mikroskopy były mikroskopami optycznymi, w których do oświetlania obserwowanych obiektów wykorzystywano światło dzienne. Za twórców tego rodzaju mikroskopów uważa się Holendrów, Hansa i Zachariasza Janssennów (braci). Pierwsze konstrukcje wykonali oni około roku 1590. Ze względu na słabe powiększenie (10 razy) mikroskopy nie zdobyły wtedy uznania jako narzędzie badawcze. Przełomu dokonał wynalazca i przedsiębiorca Antonie van Leeuwenhoek, który udoskonalił konstrukcję mikroskopu, a następnie rozwinął produkcję tych urządzeń w XVII wieku. Leeuwenhoek jako pierwszy obserwował żywe komórki ? plemniki, pierwotniaki, erytrocyty itp. Wykorzystanie mikroskopu przyczyniło się do ogromnego postępu w biologii. Naukowcy mogli badać, co dzieje się we wnętrzu żywych organizmów. Powstały nowe dziedziny nauki, cytologia oraz mikrobiologia. Dzięki wykorzystaniu mikroskopu możliwy był ogromny postęp w leczeniu chorób zakaźnych. W roku 1882 Robert Koch odkrył z pomocą mikroskopu bakterie gruźlicy.

Mikroskop wykorzystano do obserwacji podziału chromosomów w jądrze komórkowym. W roku 1910 Thomas Hunt Morgan udowodnił, że chromosomy są nośnikami genów dając początek genetyce. W technologii materiałowej mikroskopy wykorzystywano do obserwacji struktur metali oraz innych materiałów. W ten sposób możliwe stało się opracowanie doskonalszych stopów metali wykorzystywanych w przemyśle.

Kolejnym przełomem stało się wykorzystanie w mikroskopie elektronów. W roku 1931 pierwszy mikroskop elektronowy skonstruowali Ernst Ruska i Maksem Knollem w Berlinie. Możliwa stała się obserwacja najmniejszych struktur organelli komórkowych. W technologii wykorzystanie mikroskopów elektronowych stało się podstawą rewolucji krzemowej. Bez technik sprawdzania jakości wykonywanych w półprzewodnikach struktur nie udałoby się dokonać tak ogromnego postępu w tej dziedzinie.

W roku 1982 mikroskopia uczyniła pierwszy krok w kierunku świata atomów. Pracujący w Zurychu naukowcy Gerd Binnig oraz Heinrich Rohrer skonstruowali mikroskop STM. Pozwolił on na obserwację struktur złożonych z pojedynczych atomów. Późniejsze prace doprowadziły do budowy szeregu odmian tego mikroskopu pozwalających na badanie różnych właściwości materii w skali nanometra. Niezwykłą cechą mikroskopu STM była jego zdolność nie tylko do obserwacji atomów, ale również manipulacji nimi ? przekładania ich z miejsce na miejsce po jednym. Obecnie badacze przewidują, że postęp w mikroskopii pozwoli na zapoczątkowanie rozwoju nanotechnologii, która może znaleźć zastosowanie w prawie każdej dziedzinie życia Wwarto zwrócić uwagę, że "nanotechnologię" uprawiają już od dawna wszystkie organizmy żywe. Wiele struktur występujących wewnątrz komórek to rodzaje mikromaszyn, struktura takich naturalnych materiałów, jak drewno, łodygi roślin, kości czy skóra to tworzywa, których struktura jest kontrolowane na poziomie pojedynczych cząsteczek.