在光学显微镜的光学系统中插入了起偏振镜和检偏振器，用以检查样品的各向异性和双折射性的显微镜。起偏振镜和检偏振器都是由偏光棱镜或偏光板的尼科耳（nicol）棱镜制成。前者安装在光源与样品之间，后者安装在接物镜与接目镜之间或接目镜之上。在生物样品中，肌肉纤维、骨骼和牙齿等具有各向异性，淀粉粒、染色体和纺锤体等具有双折射性，因此被用于组织细胞的化学研究。光源用单波长光线。由于生物样品比金属、岩石或结晶的双折射性显著微弱，所以有时也借敏感的检偏振板造成的相加相减现象而利用其干涉色。
偏振光显微镜通常用来检测生物体内某些有序结构、镜体的存在及其折射光学性质，同时也可用来检测某些组织中的化学成分。
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