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手术显微镜主要由光学系统、照明系统、调节系统及支架系统等构成，根据需要配备其他辅助装置，如电教系统、图像资料采集系统、术中OCT导航系统、非接触广角镜系统等。
手术显微镜由以下各部分组成。
光学系统包括目镜（主刀镜、助手镜）、物镜及变倍放大系统（图2-1），三者共同成像。
图2-1 手术显微镜光学系统的基本结构
由目镜筒上端的目镜片与其下端的三棱镜构成，放大倍率10×、12.5×、20×。旋转此三棱镜以调整手术者的瞳孔距离，获得良好的立体视觉。
双目镜通过直式、斜式和可变式3种连接方式与镜身相连。双目镜上配有一组±5D的球镜片的调节套筒，可按手术者的屈光度进行调节。若手术者有高度屈光不正或散光，则无法用目镜矫正，应配戴合适的矫正眼镜后再来操作。
手术者的双目三棱镜与镜身轴多呈45°倾斜角，使手术者舒适地通过垂直的物镜看清整个手术野，不致发生物像变形。
双目镜筒可内置倒像功能，以配合接触式或非接触式广角观察系统的使用。
装在目镜与物镜间，系快速变倍放大装置，物像放大倍数多为3.5×～40×。手术显微镜下，某一定距离处的放大倍率及其可见的视野范围与景深，是由目镜与物镜联合决定。例如，可增加目镜的屈光力或减少目镜与物镜间的距离，以增加放大倍率、缩小视野范围及缩短景深。
为单片镜，装在显微镜镜身下方的末端。一般物镜与手术野间的焦距以150～200mm（即手术操作距离，常用175mm），最适宜于显微眼科手术。若小于150mm，在术中操作时器械易与显微镜相碰触而被污染；若大于250mm，术者在过长的操作距离下进行操作，常难以适应。
可安装独立调焦和变倍装置的旋钮，调节不同的焦距和放大倍率，也可将助手镜固定同步主刀镜的焦距和倍率。助手镜与主刀镜多固定为90°角，有利于配合主刀进行操作。助手镜多设计为能围绕主刀镜呈不同角度旋转，以调整助手的配合位置。理论上，助手镜与主刀镜应齐焦，但因助手镜的物像是倾斜的，其放大倍率应低于主刀镜，助手镜所见的手术野应略大于主刀的手术野，其景深宜深，以便更好配合手术。
大多手术显微镜的助手镜是安装在主刀者镜身的分光器上，与主刀者同一光源照明，这样不仅能使主刀者与助手保持在同一手术野，而且两者可保持在同一放大倍率下操作，以提高助手在手术中的作用。
（1）分光器：
装在双目棱镜与镜身间，可连接摄像、电视装置、助手镜及观察镜等。分光器是安装在双目棱镜与变倍器间，这样将增加目镜到手术区间的距离3.5cm，同时术者的操作距离也将增加，因而可使术者感到不舒服。分光器还会减低手术野的照明度，故若手术显微镜装有分光器应有提高光线照明度的装置。
眼科手术显微镜要求手术眼与物镜相距150～200mm；手术者的目镜相距手术眼以350～380mm最为适宜。如果在显微镜上安装分光器，将会加大操作距离，此时可选用较短的目镜筒及较短焦距的物镜，以代偿增加了的操作距离。若手术者的身高低于平均身高，则可使目镜倾斜15°～20°，以求得到代偿。但在倾斜的手术野中，高倍放大率的下方手术野不能获得清晰的物像，故不适合选用高倍镜，应选用低倍镜以获得较大的手术野及清晰物像。
（2）镜身倾斜及旋转装置：
为了适应手术者的需要，手术显微镜上应有能使镜身向各方向旋转或倾斜处于万能位置上的装置。
（3）景深增强系统：
新一代的眼科手术显微镜配有内置景深增强系统，可增加景深，获得更好的立体感。
（4）滤光片：
可根据不同的防护和观察需求，选择安装蓝光保护滤光片、荧光滤光片、视网膜保护装置等。
照明的光源设置有两种：内光源，即光源组合于显微镜内，照射方向与显微镜同轴，适用于深部组织的照明；外光源，即光源位于显微镜外，分为同轴和不同轴照明系统两种。为了使物体面具有足够的照明度，光源大多采用卤素灯或将光导纤维引入显微镜中，并通过物镜射向术野。某些手术显微镜同时具有内外两种照明系统，以及裂隙灯照明系统和角膜曲率照明系统。
据照射角度，眼科手术显微镜可分为三种类型：
（1）斜行照明，光线与被照明物呈20°。斜照光源为眼前节手术常用的照明。
（2）斜裂隙照明，光线与被照明物呈35°，裂隙灯照明系统可更清楚地观察眼部细节。
（3）与同轴照明，光线来自镜身中的光导纤维，并与被照明物呈垂直方向。高质量的眼科手术显微镜具有完全同轴的光源。同轴光源照明可通过瞳孔区映照出视网膜红光反射，可显著增加白内障手术操作的准确性，同时也可加装角膜曲率照明系统辅助完成针对角膜曲率的评判。
手术显微镜的安装系统有以下几类：
（1）立式（落地式）支架：
最常用，其底座装有滑轮能移动（图2-2）。
（2）悬吊式支架（天花板式）：
支架悬吊并固定在天花板上，回旋余地大，节省空间，无电源线干扰（图2-3）。
图2-2 落地式手术显微镜尺寸及旋转装置
图2-3 天花板式手术显微镜
（3）壁挂式支架：
悬挂在墙壁上，以避免占用地面空间。
（4）台式支架：
可将其放置在手术台旁使用，多用于简易的手术显微镜。
调节装置一般利用脚踏控制板、手动或液压的机械方式进行调节，现大多采用脚踏控制板连续或分级变倍、升降及X-Y轴方向移动调节（图2-4）。
图2-4 显微镜脚踏调节装置
手术显微镜的镜身被悬吊固定在同轴旋转枢纽上，手术者旋转此枢纽，使固定镜身的支持臂，沿着枢轴移动，使镜身能移到手术野的中心，并旋转整个镜身，以使双目镜正好对准手术者的双眼（见图2-2）。
包括两种运动，即前后与左右水平方向两种。术中为了准确保持灯光照明在手术野正中心区，特别在用较高放大倍率下进行操作时，这是一个不可缺少的装置。
为了方便手术者在术中能任意地对显微镜下的物像的清晰度及放大倍率进行调节，将调节控制器的开关装在一脚控开关板上，通过电动机控制其功能。脚踏控制板上有能控制镜身上升或下降的粗调及细调控制器各两个；快速变倍放大控制器一个及上述的X-Y运动装置一个。
新型显微镜一般设置有全自动复位或手动复位功能，可将镜头位置和焦距自动恢复至初始位置。
为了在无菌手术过程中，手术者可直接对显微镜身的部件随时调整，按各个部件的旋钮形状特制了可以消毒的橡胶罩，使用时可套在各调节旋钮上，以供手术者使用。
包括示教镜、照相机、录像机、摄影机、电视机接口、角膜曲率测定装置、术中光学相干断层扫描系统（OCT）和非接触式广角观察系统等。