光学金相显微术是一种利用可见光作为照明源的显微观察技术，它主要分为分立式和卧式两种类型，如图1所示。显微镜的核心组成部分包括光学放大、照明和机械系统。
放大系统对显微镜的用途和质量至关重要，由物镜和目镜构成。放大率为显微镜的关键性能指标，由公式M显 = M物 * M目 / (f物 + f目)计算，其中M物、M目为物镜和目镜的放大率，f物、f目为焦距，L为光学镜筒长度，而250则是明视距离，单位皆为毫米。
分辨率和象差校正是衡量显微镜性能的重要标志。分辨率是指物镜对最小分辨距离的识别能力，由于光的衍射限制，物镜的最小分辨距离由阿贝公式d = λ / (n * ζ)给出，其中λ为光源波长，n为介质折射率（如空气n=1，松节油n=1.5），ζ为物镜孔径角的一半。高折射率和大孔径角有助于提高分辨率，但可见光的波长限制了其上限，小于0.2μm的微小组织需要电子显微镜观察。
象差校正对成像质量有显著影响。低倍观察主要依赖物镜校正，高倍时则需要目镜与物镜联合。透镜的象差主要有球面、彗星、色散、象场弯曲和畸变等，现代金相显微镜关注象场弯曲和畸变的校正，采用平场消色差和复消色差物镜，以及广视场目镜，以保证图像的清晰和平面性。
光源的选择也影响显微镜性能，早期使用白炽灯，后来发展出低压钨丝灯、碳弧灯、氙灯、卤素灯和水银灯等。特殊情况下，单色光源如钠光灯和铊灯也被应用。与生物显微镜不同，金相显微镜采用反射光照明，这要求一个特殊的垂直照明装置，兰(V.von Lang)在1872年发明了这种装置并制造了第一台金相显微镜。此外，斜光照明技术的引入，提升了某些组织的对比度，进一步提高了金相显微镜的观察效果。
根据金属样品表面上不同组织组成物的光反射特征，用显微镜在可见光范围内对这些组织组成物进行光学研究并定性和定量描述的一种技术。它可显示500～0.2μm尺度内的金属组织特征。