Mikroskopie ist ein wichtiges, zerstörungsfreies Verfahren zur Untersuchung von Kunststoffen. Generell werden Lichtmikroskopie und Elektronenmikroskopie zur Charakterisierung eingesetzt.

Stereomikroskope geben ein plastisches Bild des Objekts mit Vergrößerungen bis zu 200x.

Konventionelle Mikroskope erlauben Vergrößerungen bis 1300x, allerdings unter Verlust der Plastizität.

Moderne Verfahren der Bildgebung wie "Extended Depth of Focus" erlauben scharfe Abbildungen auch von dreidimensionalen Strukturen. Kontraststeigerung wird durch angepasste Beleuchtung (Auflicht, Durchlicht, Hellfeld, Dunkelfeld, Polarisation) und durch Eingriffe in die Abbildung (Phasenkontrast, Interferenzkontrast) ermöglicht. Computergestützte Bildbearbeitung und Bildanalyse erweitern diese Möglichkeiten zusätzlich.

Die Untersuchung von Kunststoffproben im Auflicht erfordert absolut plane Oberflächen. Dazu werden die Proben in ein Epoxydharz eingebettet, und nach dem Aushärten beschliffen und poliert.

Dazu wird ein Schleif- und Poliergerät verwendet.

Die Rasterelektronenmikroskopie (REM) ermöglicht Vergrößerungen bis 100.000x

Der größte Vorteil dieses  Verfahrens ist aber die enorme Tiefenschärfe der Aufnahmen, die ideal für dreidimensionale Objekte ist. Unterschiedliche Oberflächenstrukturen werden gut sichtbar dargestellt. Gut beurteilen lässt sich beispielsweise die Qualität der Einbettung von Glasfasern oder anderen Füllstoffen in der Kunststoffmatrix.

Bei der Rasterelektronenmikroskopie wird die Probe im Hochvakuum zeilenweise mit einem Elektronenstrahl abgetastet. Das setzt eine elektrisch leitfähige Probe voraus. Andernfalls würde sich die Probe elektrisch aufladen und eine unscharfe Abbildung wäre die Folge.

Da Kunststoffe generell den Strom nicht leiten, werden sie in einem sogenannten "Sputter" mit einer hauchdünnen Goldschicht bedampft. Damit wird die elektrische Leitfähigkeit sichergestellt, ohne die äußeren Strukturen der Probe zu verändern.