偏光顕微鏡は、物質の結晶構造などを観察するのに適しているため、鉱石・鉱物などを観察するのに広く使われています。
たとえば岩石の種別を判断するために、偏光顕微鏡を用いて鉱物の種類によって違う偏光特性を観察することによって、鉱物の種類を判別する方法があります。
また、生物の中でも微生物になると、一般的な光学顕微鏡で骨格を観察するのは非常に大変ですが、「骨格は偏光特性を示す」という性質を利用し、偏光顕微鏡での観察が行われています。