1. 금속조직학
결정립과 결정립계는 어떤 방식으로 조직의 형상을 어떻게 관찰할 수 있을까? 미세조직은 금속조직학에서 불리는 단위의 단어로, 금속조직학에서의 주된 아이템이 된다고 할 수 있다. 금속조직학이라는 분야는 금속뿐만이 아니라 여러 가지 형태의 상을 포함한 고체나 액체 상태에 대한 물질까지도 포함하여 연구하는 학문이라고 할 수 있다. 금속조직학자의 주된 장비는 광학현미경이다. 원자간 거리의 크기보다 큰 파장의 빛을 사용하는 한, 회절효과는 중요하지 않으며, 선명한 상을 얻을 수 있을 것이다. 이런 방식으로, 광학현미경은 미제조직의 확대된 상을 형성하며, 따라서 관찰자가 볼 수 있다.
2. 투과 광학현미경
현미경의 작동 원리는 특수하게 연마된 유리 렌즈를 이용하여 상의 크기를 확대하는 것을 포함한다. 생물학이나 의학에서 사용되는 것과 같은 일반적인 현미경은 투과 광학 현미경이다.
조명기로부터 빛은 거울에 의해서 반사되고, 시편을 투과하여 현미경의 대물렌즈로 들어간다. 상은 대물렌즈와 접안렌즈에 의해서 확대되고, 관찰자 눈의 망막에 상이 맺히게 된다. 이런 현미경을 이용하기 위해서는 시편은 빛에 투명하여야 한다. 이는 세포 조직, 현탁액 등의 얇은 단면을 이용하는 것들을 다룬다. 플라스틱과 세라믹 또한 얇은 단면으로 잘라서, 빛을 투과시켜 관찰할 수 있지만, 일반적인 플라스틱, 세라믹, 금속들의 두께는 너무 두꺼워서 빛이 투과할 수 없기에 다른 기술을 사용하여야만 한다.
3. 반사광학 현미경
많은 재료는 빛을 투과시킬 수 없기 때문에, 투과광학 현미경 대신에 금속학적 혹은 반사현미경이 사용된다. 반사 현미경 기술의 핵심 부품은 수직 조명기이다. 이는 빛의 경로에 대해 45° 경사지고, 반광택이 나는 유리 조각이다. 보통의 거울은 빛을 반사하게 설계되고, 그곳으로 입사하는 광선의 대부분이 반사하는 만큼 은 빛깔이 나게 된다.
반광택의 유리는 그것에 도달하는 빛의 반은 투과시키고, 반은 반사하게끔 얇게 은을 코팅한 것이다. 조명기에 의해서 반사된 빛은 대물렌즈에 의해서 시편에 초점이 맞추어진다. 반사된 상은 대물렌즈에 의해 확대되고, 수직 조명기를 투과하여 다시 접안렌즈에 의해 확대되어, 관찰자 눈의 망막에 초점이 맞추어지게 된다.
4. 반사광학 현미경의 시편 준비
반사광학 현미경을 사용하기 위해서는, 시편 표면의 높은 반사도를 얻어야 한다. 이는 각각의 곱고 고운 연마재를 이용하여 연마하고, 광택이 나게 하는 작업을 연속적으로 행함으로써 이루어진다. 이 방법에서, 시편 표면은 연마되고, 거울처럼 광택이 나게 된다. 이 부분의 준비를 마치면, 시편은 거울처럼 광택이 나지만, 시편의 미세조직은 세밀하게 나타나지는 않는다. 필요한 정밀도를 얻기 위해서, 시편을 식각액에 의해 화학적으로 처리해야 한다. 식각액은, 결정립보다 결정립계가 에너지가 높기 때문에 먼저 결정립계를 식각 시킨다. 결정립계가 어느 정도 용해되며, 광택 내어지고 식각 된 조직을 얻게 된다. 결정립계는 매우 좁게 패인 부분이기 때문에, 빛을 대물렌즈로 반사하지 못하여 결과적으로 미세조직상에서 검은 선으로 보이게 된다.
계속해서 식각 시키게 되면, 결정립 자체가 식각 되게 된다. 식각 되는 정도는 결정립의 배열(즉, 시편 표면을 형성하는 원자면)에 의존하게 된다. 어떤 면들은 다른 면들에 비해 더욱더 많이 식각 되고, 표면에 수직인 단면으로 보면 표면에 있는 결정립들이 식각액의 침식을 받게 되어 경사져 보인다. 빛에 수직인 표면의 결정립들은 빛을 대물렌즈 속으로 반사하여 밝게 보이지만, 빛과 이루는 작이 90˚ 가 아닌 결정립들은 보다 적은 빛을 현미경의 대물렌즈 속으로 반사하기 때문에 어둡게 보인다.
5. 이차원적 반영
실제적으로는 삼차원 고체인 결정립들이 단지 단면으로 보일 것이므로, 연구자들은 이 이차원의 그림을 실제 삼차원의 미세조직의 그림으로 확장시켜 생각해야만 한다. 우리는 오직 한 가지 형태의 Bravais 격자를 가진 순금속에 있어서는, 120˚ 각도를 가진 육각형 결정립들로 이루어진다는 것을 확인했다. 이것은 단지 평균적으로만 사실이다. C. S. Smith는 평균각이 120˚ 임을 밝혔고, 단면의 평균적인 각형의 수가 육각형임을 밝혀냈다. 금속 혹은 어떤 다른 결정 고체 내의 결정립들은 이러한 방법으로 인간조직 혹은 식물의 세포 등을 닮았다. 가장 유사한 비유는 비눗방울의 전개이다. 이것은 전형적인 다각형 구조를 형성한다.