Pemrosesan gambar mikroskopis digunakan untuk menghasilkan dan menganalisis gambar yang diperoleh dari mikroskop di bidang-bidang seperti kedokteran, penelitian biologi, dan metalurgi. Banyak mikroskop yang diproduksi saat ini mencakup kemampuan pemrosesan gambar digital, dan akuisisi gambar mikroskopis sekarang lebih mudah daripada di masa lalu karena kemajuan teknologi pencitraan digital. Teknik pemrosesan gambar yang sangat teknis ini memberikan gambar mikroskopis yang jelas dan tajam. Manipulasi gambar dua dimensi (2D) dan tiga dimensi (3D) juga memungkinkan para ilmuwan untuk memberikan analisis gambar mikroskopis yang lebih detail.
Langkah pertama dalam pengolahan citra mikroskopis adalah mendapatkan citra atau gambar awal. Gambar mikroskopis perak halida di masa lalu telah digantikan dengan sistem pemrosesan gambar digital yang digunakan untuk memanipulasi, mengedit, dan menyimpan gambar yang diambil melalui lensa mikroskop. Tingkat resolusi perangkat pencitraan digital yang digunakan dalam pemrosesan gambar mikroskopis dapat mencapai 32 bit, jauh lebih tinggi daripada tingkat delapan atau 12 bit yang ditemukan pada kamera digital biasa. Pemrosesan gambar resolusi tinggi ini biasanya memerlukan penggunaan komputer yang kuat, kamera digital kelas atas, dan perangkat lunak pengolah gambar digital. Kebanyakan mikroskop modern dilengkapi dengan kemampuan akuisisi citra digital.
Berbagai jenis proses manipulasi gambar telah dikembangkan untuk memberikan reproduksi gambar mikroskopis yang lebih akurat. Beberapa dari proses ini digunakan untuk mengurangi noise gambar, menyesuaikan kecerahan, meningkatkan kontras, atau memperbaiki gambar dalam beberapa cara. Misalnya, menghilangkan distorsi tertentu dalam gambar menggunakan proses yang disebut dekonvolusi. Proses ini membuat gambar mikroskopis lebih tajam dan lebih jelas menggunakan serangkaian algoritma yang kompleks. Teknik pemrosesan gambar mikroskopis multidimensi ini memungkinkan para ilmuwan untuk menangkap gambar dan mengubahnya menjadi bentuk visual yang lebih berguna untuk studi dan penelitian.
Analisis citra mikroskopis dilakukan dengan menggunakan berbagai aplikasi komputer, yang masing-masing menyediakan jenis informasi yang berbeda. Misalnya, satu aplikasi pemrosesan gambar mikroskopis dapat mengidentifikasi batas-batas dinding sel, menghitung luas suatu objek, atau memberikan pengukuran lainnya. Perangkat lunak analisis memungkinkan pengguna untuk memanipulasi gambar dengan berbagai cara, seperti membuat urutan video yang akan melacak gerakan objek tertentu atau memberi label pada bagian sel. Rekonstruksi dan animasi gambar 2D dan 3D memberi pengguna seperangkat alat analisis lainnya. Kemampuan lain termasuk fungsi penghitungan otomatis, anotasi gambar, atau penambahan data lain ke gambar mikroskopis individu.