显微观察在于通过对样品图像放大进而达到揭示单纯肉眼所不可见的信息的目的。当在光学显微镜上增加一个偏光滤镜其便成为可用来确定晶体光学性质和开展显微化学实验的分析工具。不同固体结构有着不同光学性质，如折射率、色泽、消光角、光色散的都可同光光学结晶的方法快速确定。光学性质由晶体自身的晶体结构和化学性质所决定，因此光学性质可提供许多有价值的的信息来支持通过其他方法获取的数据。此外通过偏光显微镜还可快速获取粒径、粒子性状、机械性质、孪晶、包合物、晶体生长和消融、介晶等信息。采用热台显微镜对少量样品进行加热或冷却即可观察到热学引起的现象如熔点、晶型转变、溶剂化物和升华等。除光学显微镜外还有许多其他显微镜用来探索和分析样品的物料和化学性质如配有X射线的电子显微镜、原子力显微镜（AFM）红外-拉曼显微镜、近红外显微镜及声学显微镜等。