Mikroskopie umfasst ein Spektrum bildgebender Verfahren, die die Mikro- bis Atomstruktur von Werkstoffen zugänglich machen. Sie ist zentral für das Verständnis von Gefüge, Phasenverteilung, Defekten und Grenzflächen, die wiederum mechanische, elektrische und chemische Eigenschaften bestimmen.

Lichtmikroskopie (hellfeld, dunkelfeld, polarisiert, Phasenkontrast) nutzt sichtbares Licht und eignet sich für Gefügeuntersuchungen im µm-Bereich, z.B. Korngrößenanalyse, Inklusionserkennung oder Untersuchung von Polymermorphologie. Ihre Auflösung ist durch die Wellenlänge des Lichts begrenzt (~200 nm).

Elektronenmikroskopie überwindet diese Grenze durch Verwendung von Elektronenstrahlen. In der Rasterelektronenmikroskopie (REM) werden Oberflächen topographisch und chemisch (z.B. mit EDX) im nm-Bereich analysiert; sie ist ein Standardwerkzeug der Bruchflächenanalyse und Materialprüfung. Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) erlaubt atomare Auflösung, Kristallstrukturanalyse (Beugung) sowie Defektcharakterisierung (Versetzungen, Korngrenzen, Ausscheidungen), erfordert jedoch extrem dünne Probenpräparation.

Sondenmikroskopien wie die Rasterkraftmikroskopie (AFM) tasten die Oberfläche mit einer feinen Spitze ab und liefern topographische und mechanische Informationen mit sub-nm-Auflösung, auch für nichtleitende Materialien wie Polymere und Verbundwerkstoffe.

Ergänzend bietet Röntgenmikroskopie berührungslose 3D-Einblicke in das Innere von Bauteilen (z.B. Poren, Risse, Faserarchitektur) mit variabler Auflösung, oft als Computertomografie (µCT/nano-CT) implementiert.

In der werkstoffwissenschaftlichen Praxis werden diese Mikroskopieverfahren häufig korreliert eingesetzt, um eine mehrskalige Charakterisierung vom makroskopischen Bauteil bis zur atomaren Struktur zu erreichen.