Τα υπερμικροσκοπικά αντικείμενα, που μερικές φορές ονομάζονται υπομικροσκοπικά ή νανοσκοπικά, είναι αντικείμενα πολύ μικρά για να παρατηρηθούν χρήσιμα με ένα συμβατικό μικροσκόπιο. Αυτό αναφέρεται συνήθως σε αντικείμενα μικρότερα από περίπου ένα μικρό σε μέγεθος, αλλά μπορεί να αναφέρεται σε βακτήρια τόσο μεγάλα όσο μερικά μικρά σε διάμετρο. Ένα μικρό, ή μικρόμετρο, είναι ένα εκατομμυριοστό του μέτρου, ακολουθούμενο από το νανόμετρο, το οποίο είναι ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου.
Το πιο κοινό μέσο παρατήρησης υπερμικροσκοπικών αντικειμένων είναι το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, που εφευρέθηκε το 1931. Μερικά άλλα περιλαμβάνουν το υπερμικροσκόπιο, το οποίο παρατηρεί αντικείμενα μικρότερα από το μήκος κύματος του φωτός παρατηρώντας τους δακτυλίους περίθλασής τους σε ένα μαύρο σώμα, και το μικροσκόπιο σήραγγας σάρωσης, το οποίο χρησιμοποιεί κβαντικά εφέ για την απεικόνιση μεμονωμένων ατόμων.
Ορισμένα υπερμικροσκοπικά μήκη και αντικείμενα περιλαμβάνουν:
Άτομο υδρογόνου – 0.05 nm.
Άτομο θείου – 0.1 nm.
Διάμετρος νανοσωλήνων άνθρακα – 1 nm.
Διάμετρος έλικας DNA – 2 nm.
10 ζεύγη βάσεων σε έναν τυπικό κλώνο DNA – 3.4 nm.
Πάχος τυπικής κυτταρικής μεμβράνης – 6-10 nm.
Μικρότεροι ιοί – 20 nm.
Μήκος κύματος ακραίου υπεριώδους φωτός – 40 nm.
Το μικρότερο μέγεθος χαρακτηριστικών των σημερινών μικροτσίπ – 65 nm.
Μέγεθος τυπικών σωματιδίων καπνού – 100 nm.
Ο μεγαλύτερος γνωστός ιός,
Ξεκινά το φάσμα του ορατού φωτός (ιώδες) – 380 nm.
Διάμετρος καψιδίου του μεγαλύτερου γνωστού ιού, του Mimivirus – 400 nm.
Διάμετρος του μικρότερου γνωστού βακτηρίου, Haemophilus influenzae – 500 nm.
Άτυπο ανώτερο όριο υπερμικροσκοπικού καθεστώτος – 1000 nm.
Όταν το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο άρχισε να χρησιμοποιείται εμπορικά τη δεκαετία του 1940, μια από τις πρώτες εφαρμογές του ήταν ο χαρακτηρισμός και η περιγραφή των ιών, οι οποίοι μέχρι εκείνη την εποχή θεωρούνταν σχετικά μυστηριώδεις. Μεγάλο μέρος της πρωτοποριακής έρευνας πραγματοποιήθηκε στη Γερμανία, τον Καναδά και τις Ηνωμένες Πολιτείες. Ανακαλύφθηκε ότι οι ιοί, μαζί με τα περισσότερα άλλα υπερμικροσκοπικά αντικείμενα, δεν αλλάζουν σε σχέση με το περιβάλλον τους, κάτι που πιστεύεται ότι τους απέκλεισε από το να συμπεριληφθούν στο δέντρο της ζωής.
Άλλες χρήσεις για τα υπερμικροσκόπια περιλαμβάνουν την παρατήρηση σωματιδίων ομίχλης και την παρακολούθηση ιόντων στους θαλάμους σύννεφων και τη μελέτη της κίνησης Brown, που ήταν ένα από τα πρώτα θέματα που εξέτασε ο Αϊνστάιν στην αρχή της σταδιοδρομίας του στη φυσική.