Arbejdsprincippet for stereomikroskop er baseret på binokulær stereosyn, der tilvejebringer en tredimensionel observationsmetode gennem to uafhængige optiske veje.
Kernen i stereomikroskop ligger i dets optiske strukturdesign, som normalt indeholder en fælles primær objektiv linse. De to lysstråler efter billeddannelse er objektet adskilt med to sæt mellemliggende objektive linser (også kaldet zoomobjektivgrupper) og danner en bestemt vinkel (generelt 12 til 15 grader) og danner derefter billeder gennem deres respektive okular. Dette design gør billederne set af venstre øje og det højre øje lidt anderledes, og hjernen smelter sammen disse billeder for at rekonstruere den tredimensionelle fornemmelse af objektet.
