相差显微镜是光学显微镜的一种，将光的相位差转换成对比度进行观察。
使用普通光学显微镜，可以观察到样品不同部分的光反射和吸收光谱的差异，即亮度和颜色（对比度）的差异。然而，当观察活细胞、微生物、细菌等近乎无色透明的物质时，这种对比几乎不会出现，从而无法获得形状等信息。
即使物质是无色透明的，如果其折射率与周围环境不同，在边界处也会发生光衍射。相差显微镜利用衍射光和直接穿过材料的光之间的相差来产生明暗对比，从而可以观察无色透明的材料。
相差显微镜广泛应用于生物学和医学领域，用于观察培养细胞和临床测试。牙科诊所的牙周病细菌检测是公众所熟悉的用途。通过让患者了解自己的口腔细菌，有助于提高他们进行口腔护理的动力。
通过使用相差显微镜，可以观察活细胞，而无需对样品进行染色的麻烦。当使用普通光学显微镜观察无色透明的细胞时，采用将样品染色并观察的方法，但该方法存在染色耗时且活细胞可能死亡的缺点。
此外，相差显微镜对于分析有害物质石棉也很有效。 “JIS A 1481”规定了几种石棉分析方法作为 方法。其中一种方法是在相差显微镜下用偏光照射具有特定折射率的浸液中的晶体，根据产生的颜色来判断是否为石棉的方法（分散染色法） 。
在相差显微镜中，只在直射光通过的位置在物镜和像面之间插入相位板，使直射光的相位提前或延迟1/4λ。同时插入环形ND滤镜，减弱直射光的强度，但衍射光的相位和亮度保持不变。
通过这些操作，直射光和衍射光之间的相位差变为1/2λ或0，并且通过干涉产生明暗对比。
换句话说，当相位差为1/2λ时，由于直射光和衍射光相消干涉，所以在发生衍射光的地方折射率突然变化的区域显得较暗。这是暗对比。另一方面，当相位差为0时，直射光和衍射光相互相长干涉，因此折射率突然变化的区域显得明亮。这是鲜明的对比。
