在薩勒諾醫正風生水起的時候，英國修士羅傑·培根走在了時代的前面。他批判經院哲學，提出科學要以經驗為基礎，知識要通過觀察自然獲得，而不是從書本中獲得。羅傑·培根不僅提出了研究自然的新觀點，而且他在光學方面的研究導致了顯微鏡的發現。1285年，在壹本關於光學的書裏，他提到了壹面可以裝大小物體的鏡子。雖然他自己沒有造出顯微鏡，但是他預見到了這個偉大的發明。
在羅傑·培根提出顯微鏡概念近300年後，荷蘭眼鏡制造商詹森於1590年制造出第壹臺顯微鏡。
1665年，壹個英國人胡克在簡森的基礎上做了壹個復合顯微鏡。但是，原有的顯微鏡在觀察微小物體時，仍然存在鏡頭質量、光源、精確對焦裝置等諸多技術問題。所以早期的顯微鏡只是上流社會家庭的壹個裝飾品，壹個時髦的東西。
隨著顯微鏡的不斷改進，科學家們開始用它進行生物觀察。第壹個用顯微鏡觀察和描述紅細胞的人是荷蘭阿姆斯特丹的Swammerdam。斯瓦默達姆在1658出版的《昆蟲史》中寫道:“我觀察了青蛙的肌肉、皮膚、眼睛和血液。當我把它們放在顯微鏡下時，我發現它們是由更小的纖維和更小的球組成的……”1660年，意大利博洛尼亞大學解剖學家馬爾比觀察到青蛙的紅細胞流經毛細血管的現象，證明了動脈和靜脈之間的聯系。
作為壹名業余愛好者，荷蘭代爾夫特的萊文·胡克熱衷於用顯微鏡觀察。他詳細記錄了自己對人體紅細胞的觀察:“我曾多次嘗試觀察血液，希望了解其成分。”我從自己的手上采集了壹些血液，(在顯微鏡下)觀察到它們是由許多非常小的球組成的，但我不確定是否所有的血液都是這樣的。”他把這份記錄寄給了倫敦皇家學會的哲學公報。1674 9月21日，倫敦皇家學會哲學公報發表了這篇著名的觀察報告。
然而，如果萊文·胡克的朋友格拉夫博士沒有試圖發表倫敦皇家學會秘書描述他的微觀觀察的通信，萊文·胡克的研究可能會被遺忘。以今天的眼光來看，著名的科學刊物《倫敦皇家學會哲學通報》發表了壹個沒有任何科學背景的人的觀察結果，這似乎是不可思議的。當然，當時的倫敦皇家學會《哲學公報》剛剛創刊(創刊於1665)。事實上，當時倫敦皇家學會的《哲學公報》不僅發表了許多重要的科學發現，還夾雜著壹些似是而非甚至錯誤的觀察和論證。
顯微鏡的發明開創了壹個新時代。1675年5月，斯賓諾莎在給皇家學會秘書亨利·奧登伯格的信中提到，他和他的朋友們認為顯微鏡的發明是壹個驚喜。《文學月刊》9月號1684上的報道說:“這個消息在萊文·胡克所在的國家發表後，其他許多國家也發表了他發明顯微鏡的消息，所以這個消息是相當可靠的。法國、英國和德國；中國的報紙都在談論他的名字和發現，以至於他成了全世界的著名人物。”
當然，人們仍然對萊文·胡克如何用他最初的只有放大鏡的顯微鏡看到許多微妙的解剖結構存有疑問。有學者認為，萊文·胡克可能使用眼鏡片與他的顯微鏡相結合，於是他創造了復合顯微鏡，提高了顯微鏡的放大倍數，使他能夠觀察到人體微小的解剖結構。萊文·胡克發明的顯微鏡現在保存在荷蘭烏得勒支大學博物館。