Mikroskopijas pamatuzdevums ir vizualizēt maza izmēra objektus, kurus nevar saskatīt ar aci. Zinātnes nozares aizsākums meklējams 17. gs. ar britu izgudrotāja Roberta Huka (Robert Hooke) un nīderlandiešu zinātnieka Antonija van Lēvenhuka (Antonie Van Leeuwenhoek) pētījumiem. Pirmā izveidojās optiskās (gaismas) mikroskopijas apakšnozare, kurā palielinātu parauga attēlu iegūšanai tiek izmantots elektromagnētiskais starojums redzamās gaismas diapazonā. Optisko mikroskopu darbības pamatā ir elektromagnētiskā starojuma laušanas, atstarošanas, izkliedes un difrakcijas efekti, tam mijiedarbojoties ar pētāmo paraugu.

20. gs. 30. gados tika izveidota elektronu mikroskopijas nozare. Elektronu mikroskopos paātrinātajiem elektroniem ir īsāks viļņa garums nekā redzamajai gaismai, līdz ar to ir iespējams iegūt attēlus ar augstāku izšķirtspēju nekā optiskajos mikroskopos. Elektrona kūļa augstā enerģija un specifiskās paraugu sagatavošanas īpatnības ierobežo elektronu mikroskopijas pielietojamību tādu paraugu pētījumos, kas nav noturīgi pret jonizējošā starojuma iedarbību. Elektronu mikroskopijas attēlu iegūšanas pamatā ir elektrona kūļa izraisītie procesi vielā.

Skenējošās zondes mikroskopijas metodes tika izstrādātas 20. gs. 80. gados. Attēla iegūšanai tiek izmantota mikroizmēru zonde (nevis starojums), kas tiek pārvietota pētāmā parauga tuvumā. Mikroskopisko attēlu iegūšanas pamatā ir parauga virsmas atomu mijiedarbība ar zondes atomiem.

Mikroskopijas attīstība būtiski ietekmēja bioloģijas pētījumus un aizsāka histoloģiju – nozari, kas pēta dzīvo organismu mikroskopisko uzbūvi. Bioloģisku sistēmu funkcionalitāti ir iespējams aprakstīt, ja ir zināma to veidojošo elementu struktūra un savstarpējo mijiedarbības procesu likumsakarības. Mikroskopus izmanto dzīvības procesu analīzei mikroskopiskā līmenī, tādējādi tie ir neatņemami instrumenti bioloģijas un medicīnas nozaru pētījumos un diagnostikā.

Mikroskopijas pētījumu rezultātiem ir liela nozīme fizikas un ķīmijas zinātņu nozarēs atomāru un molekulāru struktūru raksturošanā. Izpratne par vielu struktūru nanomērogā cieši saistīta ar materiālu īpašību un veiktspējas uzlabošanu, kas ir nepieciešams jaunu produktu un tehnoloģiju izstrādē. Ražošanā mikroskopi tiek izmantoti arī kā produkcijas kvalitātes kontroles rīki.

Skenējošās zondes mikroskopos zondi var izmantot ne tikai kā sensoru mērījuma veikšanai, bet arī kā aktuatoru, lai veiktu manipulācijas ar pētāmā parauga virsmas atomiem. Tas paver plašas iespējas materiālzinātnē, nanotehnoloģijās un citās nozarēs.

Galvenās mikroskopijas apakšnozares ir

• optiskā mikroskopija;
• elektronu mikroskopija;
• skenējošās zondes mikroskopija.

Mazāk zināmas mikroskopijas apakšnozares ir rentgenstaru mikroskopija (X-ray microscopy), kurā objekta attēlu iegūst ar rentgenstarojumu, un akustiskā mikroskopija (acoustic microscopy) nedestruktīvai defektu vizualizēšanai cietvielās, izmantojot augstas frekvences ultraskaņu.