Początki powstawania mikroskopów sięgają 1590 r., chociaż tak naprawdę to dopiero Antoni Van Leeuwenhoek w XVII w. zaobserwował pod nim żywe komórki. Konstrukcja mikroskopu nie zmieniła się w zasadzie przez ok. 150 lat. Mikroskop firmy Zeiss z 1879 r. zawierał już wszystkie typowe elementy współczesnego mikroskopu: układ oświetlający (lusterko i soczewkę skupiającą, tzw. kondensor), stolik do zamocowania szkiełka z preparatem, zestaw wymiennych obiektywów z uchwytem rewolwerowym, śrubę mikrometryczną do regulacji odległości okularu od obiektywu, regulację ostrości widzenia.

Mikroskop elektronowy
Prawdziwym przełomem w technikach mikroskopowych było stworzenie w 1931 r. pierwszego mikroskopu elektronowego przez Ernsta Ruska i Maksa Knolla. Wynalazek ten pozwalał zaobserwować nawet najmniejsze struktury komórkowe. Od tamtego roku mikroskopy elektronowe również są nieustannie ulepszane. Dowodem na to jest najnowsze odkrycie w dziedzinie mikroskopii elektronowej ogłoszone 3 listopada ubiegłego roku w „Cell Chemical Biology”. Odkryciem tym jest możliwość generowania obrazów, które jednocześnie podkreślają różne cząsteczki innymi kolorami. Mikroskopy elektronowe wytwarzają czarno-białe obrazy, wystrzeliwując wiązki elektronów w próbkach. Wcześniej naukowcy mogli dodać kolor poprzez nakładanie obrazów niższej rozdzielczości z mikroskopów świetlnych. Nowa technika dodaje ten kolor bez utraty jakości obrazu. Polega ona na sekwencyjnym nawarstwianiu się różnych jonów metali na powierzchni próbki. Każdy jon selektywnie zatrzymuje się w innej cząsteczce docelowej. Wiązka elektronów współdziała inaczej z każdym jonem, uzyskując fale, które mogą być zamienione na kolory. W związku z tym naukowcy przejawiają nadzieję, iż technika ta okaże się pomocna w wizualizacji złożonych struktur komórek lub tkanek – takich jak np. połączenia między komórkami mózgu.

Holograficzne obrazowanie 3D
Współczesna medycyna i biologia pokonuje kolejne ograniczenia, aby m.in. lepiej rozumieć, diagnozować i leczyć choroby za pomocą innowacyjnego mikroskopu Holotomograficznego. Producenci, czyli Tomocube Inc, zapewniają, że pojawienie się Holotomographic microscopy rozpoczyna nową erę w dziedzinie rozwoju technik mikroskopowych. Mikroskop wykorzystuje optyczną tomografię dyfrakcji (ODT), która pozwala na ilościowe i nieinwazyjnie zbadanie komórek biologicznych i cienkich tkanek. Działanie mikroskopu jest analogiczne do działania tomografu komputerowego, a wszystko opiera się na współczynniku załamania światła (RI), który jest najważniejszą daną w grafice 3D. Jest to nieodłącznym parametr optyczny, który opisuje prędkość światła przechodzącego przez konkretny materiał. Światło przechodzące przez komórki jest bowiem wolniejsze niż światło mijające je w otaczającym środowisku. Pozwala to uzyskać strukturalne i chemiczne informacje o komórce, w tym zawartości suchej masy, morfologii i dynamiki błony komórkowej.

Mikroskop fluorescencyjny
Mikroskopy fluorescencyjne stały się ważnym narzędziem w biologii jako podstawa do rozwoju bardziej zaawansowanych technik mikroskopii fluorescencyjnej, takich jak: mikroskopia konfokalna, mikroskopia dwufotonowa, mikroskopia fluorescencyjna kontrastu interferencyjnego (FLIC), mikroskopia fluorescencyjna całkowitego wewnętrznego odbicia (TIRFM). Ich działanie oparte jest na zjawisku fluorescencji i fosforescencji, która może być wynikiem pochodzenia naturalnego (próbka sama z siebie wykazuje właściwości fluorescencyjne) lub być wynikiem dołączenia czynnika fluorescencyjnego (jak np. białko zielonej fluorescencji GLP). Drugi sposób jest najczęściej wykorzystywanym w biologii, a w szczególności w biologii molekularnej, gdyż pozwala, poprzez znajomość oddziaływań, na wyznakowanie interesujących elementów komórki (np. białek czy organelli), fluoroforami o zadanych właściwościach (np. barwie emisji). W 2014 r. nowe odkrycie w kategorii technik mikroskopowych zostało nagrodzone Noblem z dziedziny chemii. Nagroda ta wraz z sumą 4,5 mln złotych trafiła do podziału pomiędzy: Erica Betziga, Stefana W. Hella i Williama E. Moernera. Odkrycie dokonane przez ową trójkę noblistów wprowadziło techniki mikroskopowe w skalę nano. Odkryli oni bowiem jak przekroczyć maksymalną granicę optycznej mikroskopii, która została ustalona w 1873 r. przez Ernesta Abbego na poziomie 0,2 mikrometra (co oznacza, że dokładność mikroskopu nie mogła być większa niż długość fali świetlnej).
Hell w 2000 r. opracował technologię zwaną STED, która polega na wzbudzaniu przy użyciu laserów fluorescencji badanych cząstek, a następnie częściowym jej wygaszaniu, natomiast druga z metod – opracowana przez Betziga i Moernera – polega na włączaniu i wyłączaniu fluorescencji poszczególnych, pojedynczych cząsteczek. Wykonywane są następnie zdjęcia badanego obszaru, a po połączeniu dają one bardzo ostry obraz. Dziś obie z technik używane są na całym świecie, rozwijając nie tylko chemię, ale zwłaszcza medycynę – to one umożliwiły po raz pierwszy spojrzenie z bliska na wirusy, białka czy części składowe komórek w trakcie ich pracy.

Skaningowy Mikroskop tunelowy (STM)
Na początku lat 80. XX w. dwóch pracowników firmy IBM, skonstruowało pierwszy skaningowy mikroskop tunelowy. Idea działania tego urządzenia, opierająca się na zjawisku tunelowym, nie jest wcale nowa, więc zadziwiające jest to, iż mikroskop stworzony został tak późno. Wiązały się z tym ograniczenia natury technicznej. W okresie ostatnich 20 lat mikroskop tunelowy stał się jednym z najczęściej używanych narzędzi w fizyce powierzchni, pozwalając nie tylko obrazować niezwykle małe struktury, ale również dając wgląd w ich własności elektronowe na poziomie pojedynczych orbitali atomowych bądź molekularnych.