Arbeidsprinsippet for stereomikroskop er basert på kikkert stereosyn, som gir en tredimensjonal observasjonsmetode gjennom to uavhengige optiske veier.
Kjernen i stereomikroskop ligger i dets optiske strukturdesign, som vanligvis inneholder et felles primært objektivlinse. De to lysstrålene etter avbildning av objektet skilles med to sett med mellomliggende objektive linser (også kalt zoomobjektivgrupper) og danner en viss vinkel (vanligvis 12 til 15 grader), og danner deretter bilder gjennom sine respektive okularer. Denne designen gjør at bildene sett av venstre øye og høyre øye litt annerledes, og hjernen smelter sammen disse bildene for å rekonstruere den tredimensjonale følelsen av objektet.
