相差與微分干涉是基于不同的觀察樣品時所選擇的顯微鏡的兩種觀察方式，相差常用于觀察未染色的標本。活細胞和未染色的生物標本，因細胞各部細微結構的折射率和厚度的不同，光波通過時，波長和振幅并不發生變化，僅相位發生變化(振幅差)，這種振幅差人眼無法觀察。而相差顯微鏡通過改變這種相位差，并利用光的衍射和干涉現象，把相差變為振幅差來進行觀察和研究。
   

相差顯微鏡有四個特殊結構：
    1.環形光闌（annular diaphragm） 位于光源與聚光器之間，作用是使透過聚光器的光線形成空心光錐，焦聚到標本上。
   

    2.相位板（annular phase plate）在物鏡中加了涂有氟化鎂的相位板，可將直射光或衍射光的相位推遲1/4λ。分為兩種：
   （1）A+相板：將直射光推遲1/4λ，兩組光波合軸后光波相加，振幅加大，標本結構比周圍介質更加變亮，形成亮反差（或稱負反差）。
   （2）B+相板：將衍射光推遲1/4λ，兩組光線合軸后光波相減，振幅變小，形成暗反差（或稱正反差），結構比周圍介質更加變暗。
   

    3.合軸調節望遠鏡：用于調節環狀光闌的像與相板共軛面完全吻合。
   

    4.綠色濾光片：縮小照明光線波長范圍，減少由于照明光線的波長不同引起的相位變化。
    微分干涉相差觀察方式是Nomarski在相差顯微鏡的基礎上發明的，簡稱DIC。DIC顯微鏡針對細胞的結構，特別是一些較大的細胞器，如核、線粒體等，立體感特別強，適合于顯微操作。目前像基因注入、核移植、轉基因等的顯微操作常在具備DIC觀察方式的顯微鏡下進行。與相差顯微鏡相比，其標本可略厚一點，折射率差別更大，故影像的立體感更強。
   

DIC顯微鏡的物理原理完全不同于相差顯微鏡。DIC利用的是偏振光，有四個特殊的光學組件：偏振器(polarizer)、DIC棱鏡、DIC滑行器和檢偏器(analyzer)。
    1.偏振器：直接裝在聚光系統的前面，使光線發生線性偏振。
   

    2.DIC棱鏡：安裝在聚光器中，是首先一個Wollaston棱鏡，此棱鏡可將一束光分解成偏振方向不同的兩束光(x和y)，二者成一小夾角。聚光器將兩束光調整成與顯微鏡光軸平行的方向。兩束光相位一致，在穿過標本相鄰的區域后，由于標本的厚度和折射率不同，引起了兩束光發生了光程差。
   

    3.DIC滑行器：在物鏡的后焦面處安裝了第二個Wollaston棱鏡，即它把兩束光波合并成一束。這時兩束光的偏振面(x和y)仍然存在。
   

    4.檢偏器：光束穿過第二個偏振裝置。
    在光束形成目鏡DIC影像之前，檢偏器與偏光器的方向成直角。檢偏器將兩束垂直的光波組合成具有相同偏振面的兩束光，從而使二者發生干涉。x和y波的光程差決定著透光的多少。光程差值為0時，沒有光穿過檢偏器；光程差值等于波長一半時，穿過的光達到較大值。于是在灰色的背景上，標本結構呈現出亮暗差。為了使影像的反差達到較佳狀態，可通過調節DIC滑行器的縱行微調來改變光程差，光程差可改變影像的亮度。調節DIC滑行器可使標本的細微結構呈現出正或負的投影形象，通常是一側亮，而另一側暗，這便造成了標本的人為三維立體感，類似大理石上的浮雕。