偏光显微镜是利用光的偏振特性对具有双折射性物质进行研究鉴定的必备仪器，可供广大用户进行单偏光观察，正交偏光观察，锥光观察。广泛应用于地质、化工、医疗、药品等领域的研究与检验，也可进行液态高分子材料，生物聚合物及液晶材料的晶相观察，是科研机构与高等院校进行金相分析研究与教学的理想仪器。
工作原理
偏光显微镜的两个偏振滤光片互为90°，以获得所谓的“暗位”，此时视野是全黑的，如果样品在光学上表现为各向同性(单折射体)，则无论怎样旋转载物台，视场仍是黑暗，这是因为起偏镜所形成的线偏振光的振动方向不发生变化，根据马吕斯定律，透射光的强度为0。如果样品具有双折射特性，则视野会变亮，这是由于从起偏镜射出的线偏振光进入双折射体后，产生振动方向不同的两种直线偏振光(o光和e光)，当这两种光通过检偏镜时，由于e光并不服从折射定律，其与检偏镜偏振方向不是90°，所以可透过检偏镜，视野上就可以看到明亮的象。
偏光显微镜在金相分析方面的应用
一、偏振光在各向异性金属磨面上的反射。
在正交偏振光下观察各向异性晶体。因光学各向异性金属在金相磨面上呈现的各颗晶粒的位向不同，即各晶粒的“光轴”位置不同，使各晶粒的反射偏振光的偏振面旋转的角度不同，通过偏光显微镜后，便可在目镜中观察到具有不同亮度的晶粒衬度。转动载物台，相当于改变了偏振方向与光轴的夹角。旋转载物台360°，视场中可观察到四次明亮，四次暗黑的变化。这就是各向异性晶体在正交偏振光下的偏光效应。
二、偏振光在各向同性金属磨面上的反射
各向同性金属在正交偏光下观察时，由于其各方向光学性质是一致的，不能使反射光的偏振面旋转，直线偏振光垂直入射到各向同性金属磨面上，因其反射光仍为直线偏振光，被与之正交的检偏镜所阻，因此反射偏振光不能通过检偏镜，视场暗黑，呈现消光现象。旋转载物台，也没有明暗变化。这就是各向同性金属在正交偏光下的现象。若在正交偏光下研究各向同性金属，需采用改变原晶体光学性质的特殊方法来实现。常用的有深浸蚀或表面进行阳极化处理。例如，有人采用深浸蚀的方法观察高碳镍铬钢的针状马氏体和原奥氏体晶粒。有人用这种方法观察马氏体和贝氏体，低碳马氏体领域等。
三、非金属夹杂物的偏光分析
非金属夹杂物的正确判别，往往需要运用多种检测手段，才能得到正确的判断。其中，金相分析的方法是较为简便和普遍的途径，居重要地位。通常在偏光显微镜下利用明视场、暗视场、偏振光下的光学特性分析。