微生物最根本的特殊性就是它们微小。因为微小，我们需要有特殊的观察工具；因为微小，我们要有特殊的技术将混杂在一起的不同种类微生物区分开来；因为微小，我们要设计出一套专门的培养技术。为此，显微技术、无菌操作技术、纯种培养技术就成了微生物学中的特殊技术和方法的核心。工具是人类器官的延伸。要观察肉眼看不到的微生物，没有适当工具是不可能的。在列文虎克用显微镜揭示微小的生命世界之前80多年，已经有人制造出显微镜，并描绘了显微镜下细菌的形态。不过，看到细菌、原生动物等活的微生物，并把它们的运动记录下来的第一人是列文虎克。
随着工业发展和技术进步，显微镜经过300多年的改进，现在已经是林林总总，形式多样了。但从功能上说，无非是从器具和观察对象两方面着手提高放大倍数和增加分辨细微结构的能力。在器具上，包括选择投射于物体上的波束的性质及为便于观察而不断改善操纵装置；在观察对象上，则是如何突显待观察的部分。波束有光波和电磁波，用光波的叫做光学显微镜，用电磁波的叫电子显微镜。光波只能对大于其波长的物体造象，可见光的波长大约是0.4—0.8微米，所以光学显微镜不可能分辨小于200纳米（0.2微米）的物体。由于一般细菌的直径大约是1微米，所以在光学显微镜下，只能观察细菌的一般形态和主要的细胞结构，即使较大的细菌，也不能有效地研究它们的内部细微结构。目前的光学显微镜放大和分辨效率已经越来越接近其极限，大约可以将对象放大2000倍。电磁波的波长约是0.005纳米，是可见光波波长的十万分之一，电子显微镜的放大倍数目前可以达到百万，可以分辨0.1—0.5纳米，也就是说，物体中相距0.1—0.5纳米的两个点也可以分辨清楚。这样，不仅可以看到细胞中许多细微结构，还能观察分子的形态。
下面的表格对光学显微镜和电子显微镜的特点进行了比较。
光学显微镜和电子显微镜的特点比较
特点
光学显微镜
电子显微镜
最高放大倍数
约1000-1500
10万以上
最佳分辨率
0.2微米
0.5纳米
辐射源
可见光
电子束
辐射源通过的媒介
空气
高真空
透镜类型
玻璃
电磁体
反差来源
光吸收的差异或特定波长
电子散射
聚焦机械
机械调节透镜位置
调节电磁透镜的流向
改变放大倍数的方法
调换物镜或目镜
调节电磁透镜的流向
样品承载
载玻片
金属网（通常为铜网）
近代由于激光技术和计算机技术的发展，显微镜也是这些高新技术的应用对象。显微镜的不断革新，使对微生物的研究越来越深入。
