微纳米测量主要是：①在微纳米尺度下对力、声、光、热、电、磁等物理特性进行测量，空间分辨率要求达到亚微米或纳米量级。②长度量（如表面形貌）的测量分辨力达到纳米量级，甚至亚纳米量级。

根据数据获取及处理的形式不同，微纳米测量分为直接空间法和倒易空间法。直接空间法可直接得到被测对象的结构信息，如扫描探针显微术、扫描或透射电子显微术、干涉显微术、X射线显微成像术、超分辨荧光显微术等；倒易空间法需借助于数学模型才能导出被测对象的结构信息，且是平均化信息。如椭圆偏振光谱术、小角X射线散射术、X射线衍射术等。

微纳米测量基于的物理效应呈多样化发展，其中基于各种光学原理的测量方法是重要的组成部分。由于微纳材料、结构与器件在尺度上的特殊性，而且纳米级分辨率的几何量测量也是其他特性测量的前提和基础。在微纳测试技术领域，微纳尺度几何量和运动特性的测试理论与技术得到了广泛的关注。

光的干涉是基本的物理现象。通过对干涉相位的精确提取，获得亚纳米级的测量分辨率，测量参数主要包括位移和表面形貌。利用激光多普勒效应还可实现位移变化的实时测量，如振动测量，振幅测量的分辨率甚至可达到皮米量级。

光的在表面的反射特性在微纳米厚度薄膜测量中得到了广泛应用。反射特性主要包括光的偏振和强度，相关的测量方法主要有椭圆偏振术和反射光谱术，薄膜厚度的测量分辨力可达0.01纳米。

为了实现微纳米尺度下相关特性的光学测量，一般都需要将测量光束聚焦进行点扫描测量（激光共焦显微术等）或显微成像全视场测量（相移干涉显微术、白光扫描干涉术和数字全息显微术）。光轴方向的测量分辨力可达到亚纳米甚至更高量级，但是垂直光轴的平面所对应的分辨力受光衍射的限制，在可见光波段无法突破200纳米的极限。

减小测量光的波长、提高物方折射率（如高折射率介质构成浸没物镜）和增加显微物镜的孔径角是获得更高空间分辨力最为直接的方法。透射电子显微术、扫描电子显微术和X射线显微成像术就是减小光波长的典型代表，电子束的波长和透视成像的X射线波长一般都小于0.1纳米，因此理论上可获得极高的空间成像分辨力。

光的散射和衍射对于成像测量是影响分辨力的主要因素，但是有效利用这两种光学现象同样可实现微纳米测量。对于纳米颗粒的平均粒径测量，可利用动态光散射和小角度X射线散射的方法测量。X射线衍射测量一直都是纳米级晶体结构测量的主要手段，小角度X射线散射也常用于内部纳米级缺陷的测量。

抑制测量光的衍射效应也是获得高空间分辨力的方法，广泛使用的激光扫描共聚焦显微术就是其典型代表。通过共轭的光源针孔和探测针孔抑制被测对象相邻结构衍射光和散射光的干扰，后来又陆续发明了一系列超分辨荧光显微术，从原理上突破了光衍射极限，得到更高分辨力的显微图像，成像分辨力达到纳米量级，在生物和生命领域具有广泛的应用潜力。主要的超分辨荧光显微术有：受激发射损耗显微技术（Stimulated Emission Depletion Microscopy，STED）、结构光照明显微技术（Structure Illumination Microscopy，SIM）和单分子定位超分辨成像技术（Single-Molecule Localization Microscopy，SMLM）。其中，单分子定位超分辨成像技术包括光激活定位显微技术（Photoactivated Localization Microscopy，PALM）和随机光学重建显微技术（Stochastic Optical Reconstruction Microscopy，STORM）两种。由于上述远场超分辨荧光成像技术都要求被测对象进行荧光标记，限制了其在非生物领域的应用。