Η οπτική μικροσκοπία είναι μία από τις μεθόδους που χρησιμοποιούμε για να ερευνήσουμε τα έργα τέχνης. Χρησιμοποιούμε ένα ειδικό μικροσκόπιο που ονομάζεται οπτικό μικροσκόπιο και τοποθετούμε σε ειδική θέση του μικροσκοπίου πολύ μικρά κομματάκια (όσο το κεφάλι μιας καρφίτσας ή και μικρότερα) που έχουμε πάρει από τα έργα τέχνης με κατάλληλο τρόπο. Όταν κοιτάζουμε ένα δείγμα από ένα έργο τέχνης στο μικροσκόπιο μπορούμε να μάθουμε πληροφορίες για το πώς έχει φτιαχτεί. Μπορούμε να δούμε δηλαδή ο ζωγράφος ή ο αγιογράφος τι έχει βάλει, π.χ. τι είδους προετοιμασία πάνω στο ξύλο ή στο ύφασμα για να το κάνει λείο και ομοιόμορφο, ώστε να μπορέσει να ζωγραφίσει. Να δούμε τι είδους χρώματα έχει χρησιμοποιήσει ο ζωγράφος, αν είναι χρώματα από αυτά που χρησιμοποιούσαν παλιά και γι’ αυτό έχουν κόκκους που φαίνονται στο μικροσκόπιο ή από αυτά που χρησιμοποιήθηκαν αργότερα. Πόσα στρώματα ζωγραφικής υπάρχουν, πόσα βερνίκια έχουν μπει. Όλες αυτές οι πληροφορίες είναι σημαντικές για κάποιον που ερευνά τα έργα τέχνης. Επίσης, μπορεί κανείς να διαπιστώσει πάνω σε τι είδους χαρτί έχει γίνει ένα έργο ζωγραφισμένο σε χαρτί, μπορεί να δει το είδος ξύλου που έχει χρησιμοποιηθεί σε μια εικόνα, όπως και το είδος του υφάσματος ενός πίνακα. Κάποιες φορές μπορεί κάποιος να έχει ξαναζωγραφίσει κάποιο μέρος της ζωγραφικής από πάνω, καλύπτοντας το αρχικό έργο του ζωγράφου. Για παράδειγμα, κάποια περίοδο σε πίνακες που έδειχναν ανθρώπους χωρίς όλα τους τα ρούχα, ζωγράφιζαν από πάνω ρούχα. Με την οπτική μικροσκοπία μπορούμε να εντοπίσουμε τέτοιες περιπτώσεις και να δούμε εάν κάτι έχει προστεθεί στη ζωγραφική πολλά χρόνια μετά από την στιγμή που ζωγραφίστηκε το έργο.