Obserwacja niewidocznych.

W 1670s holenderski handlarz tkaninami Antonie van Leeuwenhoek szlifował maleńkie soczewki ze szkła i oglądał wodę ze stawu, zeskrobiny z zębów oraz deszczówkę. Zobaczył żywe „zwierzątka”, o których istnieniu nikt wcześniej nie wiedział. Jego mikroskopy z pojedynczą soczewką powiększały obraz mniej więcej 270 razy. Współczesny mikroskop szkolny może powiększać obraz 1 000 razy, ale jest pewien haczyk: większe powiększenie nie oznacza tego samego co wyraźniejszy obraz.

Powiększenie sprawia, że obraz staje się większy. Rozdzielczość to najmniejsza odległość między dwoma punktami, przy której wciąż możesz zobaczyć je jako dwa osobne punkty. Jeśli rozdzielczość jest słaba, większe powiększenie daje tylko większe rozmycie. Nazywa się to pustym powiększeniem.

W mikroskopie świetlnym rozdzielczość ogranicza długość fali światła. Granica Abbego mówi, że najmniejsza odległość, którą można rozdzielić, wynosi około

d = λ ÷ (2 × NA)

gdzie λ to długość fali światła, a NA to apertura numeryczna soczewki — liczba określająca, ile światła zbiera soczewka. Przyjmijmy zielone światło o λ ≈ 550 nm i bardzo dobrą soczewkę o NA ≈ 1,4: d ≈ 550 ÷ 2,8 ≈ 200 nm.

Zatem bakteria o rozmiarze około 2 000 nm jest dziesięć razy większa od granicy i wyraźnie ją widać. Wirus grypy o rozmiarze około 100 nm jest mniejszy od granicy. Mikroskop świetlny może pokazać go tylko jako niewyraźną plamkę — o ile w ogóle.

Mikroskopy elektronowe używają wiązki elektronów zamiast światła. Szybkie elektrony zachowują się jak fale o długościach znacznie krótszych niż światło widzialne, więc w najlepszych przyrządach mogą rozróżniać szczegóły o rozmiarze około nanometra lub nawet mniejsze. Pierwszy mikroskop elektronowy zbudowano na początku lat 1930. W 1939 roku naukowcy w Niemczech opublikowali mikrofotografie elektronowe wirusa mozaiki tytoniu — jedne z pierwszych obrazów cząsteczki wirusa. (Wirusy były znane jako „czynniki filtrowalne” od lat 1890., ponieważ przechodziły przez filtry, które zatrzymywały bakterie. Nikt wcześniej ich nie widział.)