Om de bovenste laag van een schilderij te bestuderen, maken onderzoekers gebruik van een optische microscoop. Er zijn verschillende soorten microscopen, variërend van kleine formaten die 3 tot 10 keer vergroten en exemplaren die tot 50 keer kunnen vergroten. De optische vergrootlenzen helpen met het in kaart brengen van de conditie en bepaalde materiële aspecten van het schilderij. Ze maken details van penseelstreken, de aard van de pigmenten, de textuur van de verflaag, restauraties en beschadigingen zichtbaar. Met behulp van een aan de microscoop bevestigde camera kunnen van het sterk vergrote beeld zogeheten microfoto’s worden genomen.