望遠鏡是由兩組凸透鏡—目鏡和物鏡組成，它的結構特點是物鏡的焦距長而目鏡的焦距短，望遠鏡的成像原理是：物鏡的作用是得到遠處物體的實像，由於物體離物鏡非常遠，所以物體上各點發射到物鏡上的光線幾乎是平行光束，這樣的光線經過物鏡匯聚後,就在物鏡焦點外，離焦點很近的地，形成了一個倒立的、縮小的實像。這個倒立的、縮小的實像又位於目鏡的焦點以內，所以目鏡起了放大鏡的作用,目鏡把經過物鏡的倒立的的、縮小的實像放大成了一個正立的、放大的虛像，這就是遠處物體透過望遠鏡所成的虛像。

顯微鏡也是由目鏡和物鏡組成，它的目鏡焦距很短,物鏡的焦距更短，也可以說物鏡焦距比目鏡焦距短。顯微鏡的成像原理是：細微物體在物鏡焦距之外十分靠近物鏡焦點的位置,生成一個倒立的、放大的實像,這個倒立的放大的實像又落在目鏡的焦距之內，且十分靠近目鏡焦點位置，經目鏡放大為一個倒立的（對原物而言）、放大的虛像。

如果是光學顯微鏡和光學望遠鏡兩類，那他們的原理大致相同，都是透過以玻璃透鏡為基礎，放大目標物，實現對微小物體或者對及遠微弱光源的觀察。

只不過顯微鏡和望遠鏡在具體實現上有著不同的構造和透鏡選擇。

但是還有其他類別的顯微鏡，完全是非光學的，例如隧道掃描顯微鏡，是利用量子隧道效應，用探針來探測描繪物體表面情況，其精度可以達到一個原子的大小。看看下圖，是不是看上去好複雜的樣子：

非光學的天文望遠鏡有射電望遠鏡，它的原理是對天體發出的無線電波進行觀測，也無需光學系統參與。例如下圖就是目前世界上最大的射天望遠鏡，直徑 500 米，建設在中國貴州省黔南大山裡的 FAST：