偏光显微镜的光学系统包括光源、下偏光镜、锁光圈、聚光镜、物镜、上偏光镜、目镜和勃氏镜等，是偏光显微镜的关键部件，它们的性能与质量直接决定所观察到的晶体光学现象的好坏。
光源 奥林巴斯BHSP型偏光显微镜使用卤素灯光源，通过电压调节钮(图2－3)调节光的强度。XPT—7型偏光显微镜使用反光镜提供显微镜观察所需光源。反光镜为具有平、凹两面的小圆镜，可以任意转动，以便对准光源(太阳光或日光灯等)，把光线反射到显微镜的光学系统中，使用时应尽量取得所需的亮度。
下偏光镜 也称起偏镜，由偏光片制成，位于卤素灯光源或反光镜之上、物台之下。由灯光源来的或反光镜反射的自然光波，通过下偏光镜之后，即变成振动方向固定的偏光。使用旋转环可以转动下偏光镜，用以调节下偏光镜的振动方向。下偏光镜的振动方向一般以符号“PP”代表。通常是将下偏光镜的振动方向调节在东西方向上。下偏光镜上装有固定螺丝，可以使下偏光镜固定。
锁光圈(光阑) 位于下偏光镜之上，轻轻移动其调节手柄，可以使锁光圈自由开合，用以控制光线的通过量(强度)。缩小锁光圈，可使视域光度减弱。
聚光镜 位于锁光圈与物台之间，由一组透镜组成。它可以把下偏光镜透出的平行偏光束高度会聚成锥形偏光束，不用时则可将它推向侧面。装有使聚光镜系统升降的螺旋用以调节聚光镜的位置。有的偏光显微镜附有两个数值孔径(NA)不同的聚光镜，可以根据需要选用。奥林巴斯BHSP型偏光显微镜的聚光镜上装有定心螺丝，用以调节聚光镜中心。
物镜 也称接物镜。物镜位于显微镜的镜筒下端，由1～5组复式透镜组成。下端的透镜称前透镜，上端的透镜称后透镜。物镜主要起放大作用，前透镜愈小，镜头愈长，其放大倍率一般愈大。物镜是决定显微镜成像性能的一个重要因素，其价值相当于整个显微镜的1/5～1/2。
图2-4 物镜的光孔角
奥林巴斯BHSP型偏光显微镜附有4×、10×、20×、40×及100×(油浸)5个物镜。使用时将物镜安装在镜筒下端的旋转盘上，并将选用的物镜转到光学系统中即可。XPT—7型中级偏光显微镜的每台偏光显微镜附有物镜5个，即4×、10×、25×、45×和63×。每个物镜上注有放大倍率及数值孔径(NA)。有的还注有光学筒长、薄片盖玻璃厚度及前焦距等。使用时将选用的物镜夹于镜筒下端的弹簧夹上即可。
物镜前透镜最边缘光线与前焦点所构成的夹角(图2－4中2θ)称光孔角(又称镜口角或开角)。物镜的数值孔径(又称镜口率、开口率和计量光孔等)与光孔角之间的关系为:
NA(数值孔径)=N·sinθ
式中:N为物体与物镜之间介质的折射率。观察一般的干薄片，介质为空气，物镜的数值孔径等于sinθ。如用油浸镜头观察，介质为浸油(其折射率等于N)，物镜的数值孔径等于Nsinθ。从设计上看，通常是放大倍率愈高，其数值孔径愈大。放大倍率相同的物镜，其数值孔径愈大，性能愈好。欲使物镜性能充分发挥其数值孔径的相应效力，必须配合使用数值孔径相当的聚光镜，否则物镜的性能将受聚光镜的限制。另外，物镜与岩石薄片之间的距离称为物镜的工作距离，它与物镜的放大倍率成反比，物镜的放大倍率愈高，其工作距离愈短。
上偏光镜 也称分析镜。位于显微镜的镜筒内，结构与下偏光镜相同。上偏光镜可以推入或拉出光学系统。奥林巴斯BHSP型偏光显微镜的上偏光镜还可以转动。上偏光镜的振动方向通常与下偏光镜振动方向垂直，一般以符号“AA”表示其振动的方向。
目镜 也称接目镜。奥林巴斯BHSP型偏光显微镜目镜位于倾斜双目镜筒的前端，为一双目镜(10×)。XPT—7型中级偏光显微镜目镜位于镜筒最上端，常用的目镜有5×(一个)和10×(两个)两种。其中，两个10×目镜分别附有分度尺或十字丝。显微镜的放大倍率等于目镜放大倍率与物镜放大倍率的乘积。例如使用10×的物镜和l0×的目镜，其总放大倍率应为10×10=100倍。
勃氏镜 位于目镜与上偏光镜之间，是一个小的凸透镜，可以自由地转入和转出(或推入和推出)光学系统。有的勃氏镜还可以上、下和左、右移动;有的则装有锁光圈或针孔光阑，以便在观察细小矿物干涉图时，能够缩小光圈或加入针孔光阑，以挡去其周围矿物透出光的干扰，使干涉图更为清晰。勃氏镜主要起放大作用。