相差显微镜通过安装特殊装置（如相差板等）将光波通过样品的光程差或相差位转换为振幅差，由于相差板上部分区域有吸光物质，使两组光线之间增添了新的光程差，从而对样品不同同造成的相位差起“夸大作用”，样品表现出肉眼可见的明暗区别。相差显微镜的样品不需染色，可以观察活细胞，甚至研究细胞核、线粒体等到细胞器的形态。