Для исследования строения клетки, ее органоидов и составных частей успешно применяются традиционные микроскопические методы. Главным методическим приемом при изучении клеток остаемся визуальное наблюдение, в том числе их прижизненное (витальное) исследование. Кроме визуальных наблюдений с помощью светового микроскопа используют разные объективные методы регистрации клеточного строения: микрофотографирование, цитофотометрию, микроспектрофотометр ню, микрокиносъемку и др.
С помощью микрохимических (цитохимических) методов определяют локализацию и количественное содержание отдельных химических веществ по специальным цветным реакциям непосредственно в клетке.
Кроме обыкновенной микроскопии в видимых лучах используют также люминесцентную (флуоресцентную) и ультрафиолетовую микроскопию. При этом препараты освещают сине-фиолетовыми или ультрафиолетовыми лучами, которые вызывают свечение (флуоресценцию) многих органических веществ клетки (пигментов, витаминов, алкалоидов, дубильных или других высокомолекулярных соединений). Применяют также специфические красители флуорохромы. Флуорохромы образуют флуоресцирующие комплексы с теми веществами клеток, которые не способны к естественной флуоресценции. При микроскопическим исследовании флуоресцирующих препаратов обнаруживают такие детали и тонкости строения, размещение и количество отдельных компонентов клеток, которые недоступны обыкновенной микроскопии. Перечисленные разновидности микроскопии позволяют эффективно исследовать живые, не фиксированные или слегка окрашенные клетки и препараты. Используют также другие виды световой микроскопии -интерференционную, фазово-контрастную, поляризационную, а также их сочетания и модификации.
Для большей контрастности и четкости отдельных клеточных структур и органоидов применяют окрашивание фиксированных препаратов специфическими красителями (фуксином, пиронином, гематоксилином, метиленовым синим), которые избирательно адсорбируются цитоплазмой, ядром, митохондриями, хромосомами, что облегчает их обнаружение, наблюдение и исследование.