偏光顯微鏡被廣泛地應用在礦物、化學等領域。在生物學中，很多結構也具有雙折射性，這就需要利用偏光顯微鏡加以區分。在植物學方面，如鑒別纖維、染色體、紡錘絲、淀粉粒、細胞壁以及細胞質與組織中是否含有晶體等。在植物病理上，病菌的入侵，常引起組織內化學性質的改變，可以偏光顯微術進行鑒別。在人體及動物學方面，常利用偏光顯微鏡來鑒別骨骷、牙齒、膽固醇、神經纖維、腫瘤細胞、橫紋肌和毛發等。

1、生物領域：在生物體中，不同的纖維蛋白結構顯示出明顯的各向異性，使用偏光顯微鏡可得到這些纖維中分子排列的詳細情況。如膠原蛋白、細胞分裂時的紡綞絲等。

2、各種生物和非生物材料鑒定：如淀粉性質鑒定、藥品成分鑒定、纖維、液晶、DNA晶體等。

3、地礦分析：如種礦物及結晶體的分析。

4、醫學分析：如結石、尿酸晶體檢測、關節炎等。