生物顯微鏡的原理是利用光學放大技術，通過透鏡對樣本進行放大觀察。具體過程如下：光源發出光線照在凸透鏡上，透鏡把光線聚焦成一束射線。經過樣品后，樣品會對光線進行吸收、散射、透射等作用，然后所得到的光線會再次經過凸透鏡，使其被聚焦在一個點上。然后，這些光線被通過增倍器和放大鏡進一步放大，并由目鏡聚焦到眼睛中的視網膜上，形成一個虛擬的放大圖像，從而實現對樣品的放大觀察。為了更好地觀察細胞或組織的內部結構，有時候需要對樣品進行染色或使用熒光標記來增強其可見度。

透鏡是組成顯微鏡光學系統的更基本的光學元件，物鏡目鏡及聚光鏡等部件均由單個和多個透鏡組成。依其外形的不同，可分為凸透鏡(正透鏡)和凹透鏡(負透鏡)兩大類。光線通過凹透鏡后，成正立虛像，而凸透鏡則成正立實像。實像可在屏幕上顯現出來，而虛像不能。

當一束平行于光軸的光線通過凸透鏡后相交于一點，這個點稱"焦點"，通過交點并垂直光軸的平面，稱"焦平面"。焦點有兩個，在物方空間的焦點，稱"物方焦點"，該處的焦平面，稱"物方焦平面";反之，在象方空間的焦點，稱"象方焦點"，該處的焦平面，稱"象方焦平面"。