Mikroskope sind zentrale Werkzeuge zur Charakterisierung von Werkstoffen über mehrere Längenskalen hinweg – von der makroskopischen Gefügeanalyse bis zur Beobachtung atomarer Strukturen. Sie ermöglichen die Korrelation von Mikro- und Nanostruktur mit mechanischen, elektrischen, thermischen und korrosiven Eigenschaften.

In der Lichtmikroskopie (LM) werden polierte und geätzte Schliffe zur Gefügeanalyse, Phasenverteilung, Korngrößenbestimmung und Porositätsbewertung untersucht. Varianten wie Hellfeld, Dunkelfeld, Polarisations- und Differenzinterferenzkontrast erweitern den Kontrastmechanismus und erlauben die Analyse anisotroper und mehrphasiger Systeme, etwa von Stählen, Keramiken oder Faserverbundwerkstoffen.

Elektronenmikroskope (v. a. Rasterelektronenmikroskop, REM, und Transmissionselektronenmikroskop, TEM) bieten deutlich höhere Auflösungen. REM erlaubt topographische und chemische Analysen (EDS, WDS), während TEM atomare Auflösung und Untersuchungen von Versetzungen, Phasengrenzen und Ausscheidungen ermöglicht. Ergänzende Techniken wie EBSD liefern kristallographische Informationen und Texturen.

Tragbare USB-Mikroskope stellen eine niederschwellige, digitale Ergänzung dar, etwa für schnelle Inspektionen von Oberflächen, Rissen oder Beschichtungen vor Ort, erreichen aber nicht die Präzision klassischer Laborgeräte.

Die Auswahl des Mikroskoptyps richtet sich nach der geforderten Auflösung, dem probenschonenden Betrieb, der erforderlichen chemischen bzw. kristallographischen Information und den Umgebungsbedingungen. Moderne Entwicklungen integrieren automatisierte Bildanalyse, In-situ-Experimente (z. B. Deformation unter Last) und korrelative Mikroskopie, um multiskalige Struktur-Eigenschafts-Beziehungen quantitativ zu erfassen.