在制备光学显微镜负染色观察样品时，通常使用印度墨水、苯胺黑等带负电荷的酸性染料进行染色。由于细菌菌体表面带负电，因此会对染色产生排斥效应。染料只能分布在背景中，未被染色的细胞在染色背景下就能很容易地被观察到。在进行负染色操作时，标本不需要热固定，细胞不会受化学药物的影响而变形。除细菌外，一些细菌的细胞结构也可以用负染色法进行观察。例如，荚膜是包裹在某些细菌细胞外的一层黏液状或胶状物质，含水量很高，主要成分为多糖、多肽或糖蛋白等。荚膜不易着色且容易被水洗去，因此常用负染法进行染色。

负染色在电子显微镜样品观察时应用广泛。与将样品本身染色来提高反差的方法相反，电子显微镜制样时的负染色技术是用电子密度高、本身不显示结构且与样品几乎不反应的物质（如钼酸铵、乙酸铀酰、甲酸铀酰、磷钨酸、四氧化锇、锇铁氰化钾等）来对样品进行“染色”。这些重金属盐不会被样品吸附，而是沉积到样品四周。如果样品具有表面结构，这些物质还能进入表面上凹陷的部分，从而可以通过散射电子能力的差异把样品的外形与表面结构清楚地衬托出来。负染技术简便易行，病毒、细菌（特别是细菌鞭毛）、离体细胞器及生物大分子（蛋白质和核酸等）等的形态、大小和表面结构都可以采用这种制样方法进行观察。实际操作时，既可把样品和重金属染料混匀后滴加到支持膜上，也可将样品用贴印或喷雾的方法加到载网上，然后再用染料进行染色。对于核酸分子而言，为避免其结构在制样时遭到破坏，通常采用蛋白质单分子膜技术。其原理是将核酸与少量球状蛋白（如细胞色素c）混合后，通过干净的玻璃斜面滑入烧杯或平皿中的缓冲液中，使其在溶液表面形成不溶的变性薄膜，控制适当的条件可以使这一薄膜成为单分子层。当核酸分子与该蛋白质单分子膜作用时，会由于蛋白质的氨基酸碱性侧链基团的作用，使得核酸也被拉成细丝状，并且其形态、结构均能保持一定程度的完整性。然后再将吸附有核酸分子的蛋白质单分子膜转移到载膜上进行负染色后观察。