生物显微镜的原理是利用光学放大技术，通过透镜对样本进行放大观察。具体过程如下：光源发出光线照在凸透镜上，透镜把光线聚焦成一束射线。经过样品后，样品会对光线进行吸收、散射、透射等作用，然后所得到的光线会再次经过凸透镜，使其被聚焦在一个点上。然后，这些光线被通过增倍器和放大镜进一步放大，并由目镜聚焦到眼睛中的视网膜上，形成一个虚拟的放大图像，从而实现对样品的放大观察。为了更好地观察细胞或组织的内部结构，有时候需要对样品进行染色或使用荧光标记来增强其可见度。
生物显微镜透镜是组成显微镜光学系统的更基本的光学元件，物镜目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜组成。依其外形的不同，可分为凸透镜(正透镜)和凹透镜(负透镜)两大类。
当一束平行于光轴的光线通过凸透镜后相交于一点，这个点称"焦点"，通过交点并垂直光轴的平面，称"焦平面"。焦点有两个，在物方空间的焦点，称"物方焦点"，该处的焦平面，称"物方焦平面";反之，在象方空间的焦点，称"象方焦点"，该处的焦平面，称"象方焦平面"。
光线通过凹透镜后，成正立虚像，而凸透镜则成正立实像。实像可在屏幕上显现出来，而虚像不能。
