倒置相差显微镜，其照明系统位于镜体上方，而物镜和目镜则位于下部。这样在集光器和载物台之间有较大的工作距离，可以放置培养皿、细胞培养瓶等容器，辅助以相差的光学系统，可以很方便地对培养中的细胞进行观察。且相差系统的观察效果远好于一般光学观察系统。如果安装了显微操作系统，则可以利用机械臂对细胞甚至染色体进行精细地操作，如核移植、基因导入、染色体显微切割等。

当同一种光通过细胞时，由于细胞不同部分对光的折射率不同，因此，通过细胞的光线和未通过细胞的光线便可以产生相位差。再通过特定的相差板使之发生干涉，如果衍射光线和0-级光线相位相反，；如果相位相同，则合光的振幅增大，图像变亮，则可以产生明暗不同的图像。因此，无色透明的样品在显微镜下表现出明暗的对比从而可以被识别。