利用光的偏振特性对具有双折射性物质进行研究鉴定，可做单偏光、正交偏光、锥光观察，其中单偏光镜为仅使用偏光显微镜中的下偏光镜，正交偏光镜为下偏光镜和上偏光镜联合使用，并且两偏光镜的振动面处于相互垂直的位置，锥光观察使用伯氏镜（又译勃氏镜）。

偏光显微镜的主要特点是将普通光改变为偏振光进行镜检，以鉴别某一物质是单折射性（各向同性）或双折射性（各向异性）。偏光显微镜的主要应用范围包括：生物领域，在生物体中，不同的纤维蛋白结构显示出明显的各向异性，使用偏光显微镜可得到这些纤维中分子排列的详细情况，如胶原蛋白、细胞分裂时的纺锤丝等。各种生物和非生物材料鉴定，如淀粉性质、药品成分、纤维、液晶、DNA晶体等鉴定。医学分析，如结石、尿酸晶体检测、关节炎等。用于石油、采矿及半导体行业。

偏光显微镜