Η μικροσκοπική επεξεργασία εικόνας χρησιμοποιείται για την παραγωγή και ανάλυση εικόνων που λαμβάνονται από μικροσκόπιο σε τομείς όπως η ιατρική, η βιολογική έρευνα και η μεταλλουργία. Πολλά μικροσκόπια που κατασκευάζονται σήμερα περιλαμβάνουν δυνατότητες ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας και η λήψη μικροσκοπικής εικόνας είναι πλέον ευκολότερη από ό,τι στο παρελθόν λόγω της προόδου της τεχνολογίας ψηφιακής απεικόνισης. Αυτές οι εξαιρετικά τεχνικές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας παρέχουν καθαρές και ευκρινείς μικροσκοπικές εικόνες. Ο δισδιάστατος (2D) και ο τρισδιάστατος (3D) χειρισμός εικόνας επιτρέπουν επίσης στους επιστήμονες να παρέχουν μια πιο λεπτομερή ανάλυση μικροσκοπικών εικόνων.
Το πρώτο βήμα στη μικροσκοπική επεξεργασία εικόνας είναι η λήψη της αρχικής εικόνας ή εικόνας. Οι μικροσκοπικές εικόνες αλογονιδίου αργύρου του παρελθόντος έχουν αντικατασταθεί με ψηφιακά συστήματα επεξεργασίας εικόνας που χρησιμοποιούνται για τον χειρισμό, την επεξεργασία και την αποθήκευση εικόνων που έχουν ληφθεί μέσω του φακού ενός μικροσκοπίου. Το επίπεδο ανάλυσης των συσκευών ψηφιακής απεικόνισης που χρησιμοποιούνται στη μικροσκοπική επεξεργασία εικόνας μπορεί να είναι έως και 32 bit, πολύ υψηλότερο από τα επίπεδα οκτώ ή 12 bit που βρίσκονται στις τυπικές ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές. Η επεξεργασία αυτών των εικόνων υψηλής ανάλυσης απαιτεί συνήθως τη χρήση ενός ισχυρού υπολογιστή, μιας ψηφιακής κάμερας υψηλής τεχνολογίας και λογισμικού επεξεργασίας ψηφιακής εικόνας. Τα περισσότερα σύγχρονα μικροσκόπια είναι εξοπλισμένα με δυνατότητες ψηφιακής λήψης εικόνας.
Διάφοροι τύποι διαδικασιών χειρισμού εικόνας έχουν αναπτυχθεί για να παρέχουν ακριβέστερη αναπαραγωγή μικροσκοπικών εικόνων. Ορισμένες από αυτές τις διαδικασίες χρησιμοποιούνται για τη μείωση του θορύβου της εικόνας, τη ρύθμιση της φωτεινότητας, την αύξηση της αντίθεσης ή τη βελτίωση της εικόνας με κάποιο τρόπο. Για παράδειγμα, η απαλλαγή από ορισμένες παραμορφώσεις σε μια εικόνα χρησιμοποιεί μια διαδικασία που ονομάζεται αποσυνέλιξη. Αυτή η διαδικασία κάνει τη μικροσκοπική εικόνα πιο ευκρινή και καθαρή χρησιμοποιώντας μια σειρά από πολύπλοκους αλγόριθμους. Αυτές οι πολυδιάστατες μικροσκοπικές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας επιτρέπουν στους επιστήμονες να καταγράφουν εικόνες και να τις μετατρέπουν σε πιο εύχρηστες οπτικές μορφές για μελέτη και έρευνα.
Η μικροσκοπική ανάλυση εικόνας γίνεται χρησιμοποιώντας διάφορες εφαρμογές υπολογιστή, καθεμία από τις οποίες παρέχει διαφορετικό τύπο πληροφοριών. Για παράδειγμα, μια εφαρμογή μικροσκοπικής επεξεργασίας εικόνας μπορεί να αναγνωρίσει τα όρια ενός κυτταρικού τοιχώματος, να υπολογίσει την περιοχή ενός αντικειμένου ή να παρέχει άλλες μετρήσεις. Το λογισμικό ανάλυσης επιτρέπει στους χρήστες να χειρίζονται εικόνες με πολλούς διαφορετικούς τρόπους, όπως τη δημιουργία μιας ακολουθίας βίντεο που θα παρακολουθεί την κίνηση συγκεκριμένων αντικειμένων ή θα επισημαίνει μέρη ενός κελιού. Η ανακατασκευή και η κινούμενη εικόνα δισδιάστατων και τρισδιάστατων εικόνων παρέχουν στους χρήστες ένα ακόμη σύνολο αναλυτικών εργαλείων. Άλλες δυνατότητες περιλαμβάνουν λειτουργίες αυτόματης καταμέτρησης, σχολιασμό εικόνων ή προσθήκη άλλων δεδομένων στις μεμονωμένες μικροσκοπικές εικόνες.