角分解能
実用上の θ {\displaystyle \theta } の限界は70度ほどである。乾いた対物レンズやコンデンサレンズの開口数は最大で0.95だが、より高解像度を出すために使われる油浸レンズでは、屈折率1.52の油浸用オイルを用いれば開口数を1.45まで上げることができる。この限界により、可視光を用いた光学顕微鏡の分解能は200 nmほどであり、この値は最も可視光帯で波長の短い光が紫色光( λ ≈ 400 n m {\displaystyle \lambda \approx 400\,\mathrm {nm} } )であることを上の式に適用して
R = 1.22 × 400 nm 1.45 + 0.95 = 203 nm {\displaystyle R={\frac {1.22\times 400\,{\mbox{nm}}}{1.45\ +\ 0.95}}=203\,{\mbox{nm}}}
と、200 nmであると求まる。
油浸レンズを対物レンズに使うと被写界深度が浅くなり、作動できる距離も短いため実用するのは簡単ではない。また細菌などの対象が液中に漏れないように注意する必要がある。そのため、非常に薄い(0.17 mm)カバーガラスを使ったり、倒立顕微鏡の場合は底が非常に薄い専用のペトリ皿を使う必要がある。
しかし、超解像顕微鏡法と呼ばれる技術によりこの理論的限界を下回る分解能が実現している。この手法の例として走査型近接場光顕微鏡や誘導放出抑制顕微鏡法と呼ばれるものがあり、これらの手法により30 nmほどの対象でも見分けることができるようになっている。さらに光活性化局在性顕微鏡法と呼ばれる手法では、このような大きさの構造を解像できるだけでなく、z軸方向の情報も得ることができ三次元構造の観察が可能である。