Princip rada stereo mikroskopa temelji se na binokularnom stereo vidu, koji pruža trodimenzionalnu metodu promatranja kroz dva neovisna optička staza.
Jezgra stereo mikroskopa leži u njegovom dizajnu optičke strukture, koji obično sadrži uobičajeni primarni objektiv. Dvije svjetlosne grede nakon snimanja objekta razdvojene su s dva skupa intermedijarnih objektiva (koje se nazivaju i grupe zumiranja leća) i tvore određeni kut (uglavnom 12 do 15 stupnjeva), a zatim formiraju slike kroz njihove kopče. Ovaj dizajn čini slike koje vide lijevo oko i desno oko malo drugačije, a mozak te slike spaja kako bi rekonstruirao trodimenzionalni osjećaj objekta.
