O microscópio de polarização é utilizado para determinar rochas e minerais em secções finas. Trata-se de um microscópio de luz normal, com uma platina rotativa de 360°, objectivas sem tensão, um filtro polarizador para produzir luz polarizada e um segundo filtro polarizador, o chamado "analisador", no trajeto do feixe entre a objetiva e a ocular.
Os microscópios petrográficos podem também ser equipados com uma "lente de Bertrand" que foca e amplia o padrão de interferência visualizado no plano focal posterior da objetiva. Os microscópios petrográficos estão geralmente equipados com filtros cujos cristais estão especialmente alinhados, por exemplo, uma cunha de quartzo, um filtro de mica de um quarto de onda e um filtro de mica de meia-lambda. Estes filtros podem ser colocados entre os polarizadores para revelar a birrefringência positiva e negativa e, assim, a ordem dos minerais.
A maioria dos materiais cristalinos e minerais altera a direção de polarização da luz, de modo que parte da luz alterada passa através do analisador para as oculares. Com um polarizador, é possível visualizar a amostra com a chamada luz "rectilinearmente polarizada". Se forem utilizados dois polarizadores, a amostra pode ser examinada com a chamada luz "polarizada transversalmente".
