Der räumliche Eindruck entsteht aufgrund des besonderen Aufbaus des Stereomikroskops. Es kann mit zwei, im Konvergenzwinkel der Augen (11 bis 16°) zueinander geneigten Objektiven arbeiten. Das Bild wird nach Durchlaufen eines Prismen- und Spiegelumkehrsystems mit zwei getrennten Okularen betrachtet. Eine zweite Bauart ermöglicht ein dreidimensionales Bild von der Probe unter Verwendung eines einzigen Objektives. In diesem Fall muss das Licht mithilfe einer speziellen Zwischenoptik so aufgesplittet werden, dass zwei im Konvergenzwinkel der Augen liegende reelle Zwischenbilder entstehen. Diese werden wiederum durch getrennte Okulare betrachtet.
Anwendungsbeispiele in der Werkstoffuntersuchung sind die Betrachtung und Dokumentation von Materialfehlern (Poren, Lunker, Risse) oder von schadhaften Oberflächen (Verschleiß, Korrosion). Eine Betrachtung von Proben im Stereomikroskop eignet sich auch sehr gut für die Auswahl geeigneter Probenbereiche vor einer REM-Untersuchung.