Arbetsprincipen för stereomikroskop är baserad på binokulär stereosyn, som ger en tredimensionell observationsmetod genom två oberoende optiska vägar.
Kärnan i stereomikroskop ligger i dess optiska strukturdesign, som vanligtvis innehåller ett gemensamt primärt objektivlins. De två ljusstrålarna efter avbildning av objektet separeras av två uppsättningar mellanliggande objektivlinser (även kallade zoomobjektivgrupper) och bildar en viss vinkel (i allmänhet 12 till 15 grader) och bildar sedan bilder genom sina respektive okepieces. Denna design gör att bilderna ses av det vänstra ögat och det högra ögat något annorlunda, och hjärnan smälter samman dessa bilder för att rekonstruera objektets tredimensionella känsla.
