在生活中，人们往往喜欢用几何光学原理对显微镜的成像过程进行分析，但是实际上金相显微镜所观察的显微组织，往往几何尺寸很小，可与光波的波长相比较；根据光的电磁波理论，此时不能再近似地把光线看成直线传播，而要考虑衍射的影响。另一方面显微镜的光线总是部分相干的，因此金相显微镜的成像过程是个比较复杂的衍射相干过程。事实上，由于衍射等因素的影响，显微镜的分辨能力和放大能力都受到一定限制。金相显微镜是利用可见光作为照明源，通过玻璃透镜对试样进行放大成像的。成像时来自照明系统的光束经金相试样形成。
目前金相显微镜可观察的最小尺寸一般是0.2υm左右，有效放大率最大为1500~1600倍。表面反射后，经过物镜和目镜等一套光学放大系统使试样表面的显微组织放大，并在目镜筒内成像，以供观察或拍照。德国物理学家阿贝（E.Abbé）最先用光的衍射和干涉理论解释了透视光学显微镜的成像过程，他的学说对反射光显微镜同样适用，先简要介绍如下：入射光是一束准平行相干光，物体是一个二维周期性组织。光线通过细小的网孔时要发生衍射，衍射光线向各个方向传播，同一方向的衍射光则成为平行光束，通过物镜后在后方焦面上汇聚并发生干涉。这样在物镜的后焦面上就产生了一个衍射相干图像，在波光学中称为夫朗和费衍射图样。