在显微镜的发展过程中，相差镜观察法的发明是近代显微镜技术中的重要成就。我们知道，人眼只能区分光波的波长（颜色）和振幅（亮度）。对于无色透明的生物标本，当光线通过时，波长和振幅变化不大，在明场观察时很难观察到标本。
相差显微镜利用被观察物体的光程差值进行观察，也就是利用光的干涉现象，将人眼不可分辨的相差变为可分辨的振幅差，即使无色透明的物质也可以清晰可见。这大大便利了活体细胞的观察，因此相差镜观察广泛应用于倒置显微镜中。
相差显微镜的基本原理是把透过标本的可见光的光程差变成振幅差，从而提高了各种结构间的对比度，使各种结构变得清晰可见。光线透过标本后发生折射，偏离了原来的光路，同时被延迟了1/4λ（波长），如果再增加或减少1/4λ，则光程差变为1/2λ，两束光合轴后干涉加强，振幅增大或者减少，提高反差。在结构上，相差显微镜又不同于普通光学显微镜，具有两个特殊之处：
环形光阑（annular diaphragm）位于光源与聚光器之间，作用是透过聚光器的光线形成空心光锥，集聚到标本上。
相位板（annular phaseplate）在物镜中加了涂有氟化镁的相位板，可将直射光或衍射光的相位推迟1/4λ，分为两种：
?A+相板：将直射光推迟1/4λ，两组光波和轴后光波相加，振幅加大，标本结构比周围介质更加明亮，形成亮反差（或称负反差）。
?B+相板：将衍射光推迟1/4λ，两组光波和轴后光波相减，振幅变小，形成暗反差（或称正反差），结构比周围介质更暗。
