光学显微镜的发展历程
17世纪晚期，荷兰人安东尼·范·列文虎克（Antoine van Leeuwenhoek）发明了简易单镜头显微镜。这一发明的结构与现代放大镜类似，但放大率超过200倍。通过这一新型显微镜，列文虎克发现了微生物和精子。
大约同一时期，英国人罗伯特·胡克（Robert Hooke）发明了复式显微镜，包括两个镜头，分别为物镜和目镜。胡克利用这种显微镜观察到了木栓组织，由于形似蜂窝小孔（cell），将其命名为细胞（cell）。由此，他创造“细胞”这一生物学术语。
当时，由于两个镜头之间存在像差，将镜头组合起来会影响精确度，导致复式显微镜的分辨率低于简易显微镜。
到了19世纪，人们通过各种方式大幅改善了显微镜的分辨率。像差校正技术通过采用更好的镜头或镜头组合来实现的。德国蔡司公司和徕茨公司大力支持该项技术，并对其发展做出了巨大贡献。德国人恩斯特·阿贝（Ernst Abbe）为显微镜的创新发展奠定了理论和技术基础，可以说是现代光学显微镜样机的奠基人。
20世纪涌现出诸多观察方法。20世纪30年代发明的相位差显微镜和20世纪50年代发明的微分干涉对比显微镜都促进了细胞等透明样本的高放大率观察。20世纪50年代发明的共焦激光显微镜则标志着显微镜观察技术进入了高清晰时代。20世纪初，随着荧光染料的发展，荧光显微镜取得了长足进步。
尽管显微术取得了重大进步，19世纪研究者乔治·艾里（George Airy）发现，由于光自身的特性，分辨率存在上限。没过多久，恩斯特·阿贝就提出了“数值孔径”这一概念。他证明，无论镜头具有多高的性能，微小样本在可见光下的分辨率不超过200 nm。这给放大观察提出了一项新的挑战。