Współcześnie mikroskopy optyczne są stosowane do obserwacji małych obiektów w wielu naukach. W biologii są stosowane np. do obserwacji drobnoustrojów i budowy tkanek i komórek (mikrobiologia, histologia, cytologia). W chemii i fizyce są stosowane np. w krystalografii lub metalografii, w geologii – do obserwacji budowy skał. Mikroskop optyczny może wykorzystywać światło naturalne, dostarczane do układu optycznego przez specjalne lusterko, lub światło sztuczne, którego źródło znajduje się zazwyczaj pod analizowaną próbką. Mikroskopy ze sztucznym źródłem światła bywają nazywane mikroskopami świetlnymi. Większość współczesnych profesjonalnych mikroskopów optycznych konstruuje się tak, aby było możliwe użycie światła naturalnego i sztucznego. Światło może padać na oglądany obiekt z góry – mówi się wtedy o odbiciowym mikroskopie optycznym. Światło może też padać na badany obiekt z dołu i przechodzić przez niego, co wymaga jednak aby obiekt był półprzezroczysty. Mikroskopy optyczne umożliwiają korzystanie ze zwykłego światła niespolaryzowanego lub ze światła spolaryzowanego. W tym drugim przypadku mówi się o polaryzacyjnym mikroskopie optycznym. Posługiwanie się światłem spolaryzowanym umożliwia obserwację wzrostu i zanikania kryształów i ciekłych kryształów. Niektóre mikroskopy optyczne są przewidziane do stosowania ze światłem monochromatycznym. Są one często używane do obserwacji obiektów w świetle, którego częstotliwość leży poza zakresem widzialnym (np.: w podczerwieni lub ultrafiolecie). W tradycyjnych mikroskopach optycznych obserwuje się obiekty bezpośrednio przez okular lub na ekranie (dzięki przystawce projekcyjnej). Obraz może też być rejestrowany z użyciem kamery i obrazowany na monitorze. Całe urządzenie może być połączone z komputerem, co umożliwia cyfrową obróbkę obrazu (również w czasie rzeczywistym) i ułatwia jego rejestrację. Fizyczna granica maksymalnego powiększenia obrazu w mikroskopie optycznym jest określona przez rozdzielczość kątową obiektywu, związaną z długością fali światła. Na wyrazistość obrazu ma też wpływ precyzja wykonania soczewek.