1952年，Nomarski在相差顯微鏡原理的基礎上發明了微分干涉顯微鏡。DIC顯微鏡又稱Nomarski相差顯微鏡（Nomarki contrast microscope），其優點是能顯示結構的三維立體投影影像。與相差顯微鏡相比，其標本可略厚一點，折射率差別更大，故影像的立體感更強。
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微分干涉顯微鏡（DIC顯微鏡 differential interference contrast microscope）的物理原理完全不同于相差顯微鏡，技術設計要復雜得多。DIC利用的是偏振光，透射式DIC顯微鏡有四個特殊的光學組件：偏振器（polarizer）、DIC棱鏡、DIC滑行器和檢偏器（analyzer）。偏振器直接裝在聚光系統的前面，使光線發生線性偏振。在聚光器中則安裝了石英Nomarski棱鏡，即DIC棱鏡，此棱鏡可將一束光分解成偏振方向不同的兩束光（x和y），二者成一小夾角。聚光器將兩束光調整成與顯微鏡光軸平行的方向。最初兩束光相位一致，在穿過標本相鄰的區域后，由于標本的厚度和折射率不同，引起了兩束光發生了光程差。在物鏡的后焦面處安裝了第二個Nomarski棱鏡，即DIC滑行器，它把兩束光波合并成一束。這時兩束光的偏振面（x和y）仍然存在。最后光束穿過第二個偏振裝置，即檢偏器。在光束形成目鏡DIC影像之前，檢偏器與偏光器的方向成直角。檢偏器將兩束垂直的光波組合成具有相同偏振面的兩束光，從而使二者發生干涉。x和y波的光程差決定著透光的多少。光程差值為0時，沒有光穿過檢偏器；光程差值等于波長一半時，穿過的光達到最大值。于是在灰色的背景上，標本結構呈現出亮暗差。為了使影像的反差達到最佳狀態，可通過調節DIC滑行器的縱行微調來改變光程差，光程差可改變影像的亮度。調節DIC滑行器可使標本的細微結構呈現出正或負的投影形象，通常是一側亮，而另一側暗，這便造成了標本的人為三維立體感，類似大理石上的浮雕，如下圖。 
? DIC顯微鏡下的硅藻（偽彩色）
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DIC顯微鏡使細胞的結構，特別是一些較大的細胞器，如核、線粒體等，立體感特別強，適合于顯微操作。目前像基因注入、核移植、轉基因等的顯微操作常在這種顯微鏡下進行。
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落射式的DIC顯微鏡則只需要三個特殊的光學組件：偏振器（polarizer）、DIC棱鏡和檢偏器（analyzer），其光學原理如圖所示：
由圖可知：由光源發出的光波經起偏器后經半透半反鏡入射至Nomarski偏振棱鏡，棱鏡將其分成兩束具有微小夾角、振動方向相互垂直且振幅相等的線偏振光，通過筒長無限顯微物鏡后，產生剪切量為△x（略小于顯微鏡分辨率）的平行光入射到放置在載物臺上的被測表面，從被測表面反射的兩束正交偏振光各自經原路返回，由棱鏡重新復合共線，經檢偏器后成像在像面上。由于被剪切的光束產生的分離量略小于顯微鏡的分辯極限，因而在視場中看不到干涉條紋，通過將被測樣品的位相變化轉化為光強的變化，可看到具有立體感的浮雕成像。
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微分干涉相襯觀察法 (DIC) 顯微鏡檢查是明場顯微鏡檢查的明智之選，利用這種先進的技術手段可以觀察到未染色的試樣，而這些試樣在明場中成像較弱。
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利用偏振光觀察浮雕樣成像
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未染色試樣通常并不顯眼，在明場顯微鏡檢查中幾乎看不到試樣的細節。但實際上，這些試樣會與穿過它們的光源發生作用，并產生相移，而這些現象肉眼是看不見的。染色會導致振幅偏移，且穿過的光線強度會存在差異，但絕大多數情況下，無生命的試樣才會發生上述現象。DIC 顯微鏡檢查是一種利用光程長度的梯度差和相移，令相位物體在光學顯微鏡下清晰可見的技術手段。用戶可以利用這種方式，通過適當的相襯度和分辨率來觀察活細胞和有機體。
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DIC 顯微鏡產生的圖像為浮雕狀，看起來有投影。這些圖像沒有光暈現象，相對其他顯微鏡而言，由于具備光學切片功能，即使較厚的試樣也依然能夠成像。
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在 DIC 顯微鏡檢查中，只有偏振光可用于試樣照明。上述偏振光通過偏光正交平面，被色散成兩條不同的光射線。這兩條光射線彼此非常接近。由于這兩條光射線在試樣中會發生折射或散射，因此，會產生不同的相移。如果這些光射線重新聚合，它們會互相干涉。光線此時為橢圓偏光。該偏光將通過檢偏鏡轉變成振幅移位。通過這種方式，令高達 1/200 波長（使用照相機時，甚至達 1/1000 波長）之間波長差的相位移動，以及整個波長都清晰可見。