Kính hiển vi soi nổi có thể được tạm chia thành hai nhóm cơ bản, mỗi nhóm đều có những điểm tích cực và tiêu cực. Hệ thống kính hiển vi soi nổi lâu đời nhất, được đặt theo tên nhà phát minh Greenough, sử dụng hai ống kính giống nhau được đặt nghiêng để tạo hiệu ứng soi nổi. Một hệ thống mới hơn, gọi là vật kính chính yếu CMO, sử dụng một vật kính lớn duy nhất được chia sẻ giữa một cặp thị kính và hệ thống thấu kính. Mỗi loại kính hiển vi trên có thể được trang bị với thấu kính đơn loại step để thay đổi độ phóng đại, hoặc một hệ thống phóng đại loại zoom biến đổi liên tục. Những phân tích dưới đây đề cập những ưu điểm và nhược điểm của cả hai thiết kế của kính hiển vi soi nổi là Greenough và CMO.
Thiết kế Greenough, được giới thiệu bởi Zeiss vào cuối thế kỷ 19, bao gồm hai hệ thống quang học giống hệt nhau (và đối xứng) với mỗi một thị kính riêng biệt và vật kính sắp xếp thẳng hàng chính xác trong một bộ khung duy nhất. Lợi thế lớn của thiết kế này là có thể đạt được khẩu độ số cao vì vật kính được thiết kế tương tự như kính hiển vi sinh học cổ điển. Nhìn chung, phần dưới của ống kính, có chứa các vật kính mảnh, có xu hướng giảm dần và hội tụ tại tiêu điểm tốt nhất của mặt phẳng vật kính. Phần trên của ống kính chiếu một cặp hình ảnh vào đôi mắt của người quan sát, thông qua một cặp thị kính tiêu chuẩn. Kích thước, trọng tâm, xoay chuyển, và trung tâm của hai hình ảnh phải được giữ không đổi theo một dung sai rất chặt chẽ, để mắt nhìn cùng một khung cảnh. Có sự khác nhau về góc nhìn của mỗi hình ảnh được chiếu lên võng mạc. Vì góc nhìn hội tụ, thường từ 10 đến 12 độ trong các thiết kế hiện đại, mắt trái nhìn nhận đối tượng từ phía bên trái trong khi mắt phải xem cùng một đối tượng từ phía bên phải.
Một cặp lăng kính hoặc hệ thống gương được sử dụng để xoay và đảo ngược hình ảnh phóng đại nhận được từ các vật kính và trình bày cho người quan sát. Các ống kính được xây dựng để cung cấp một đường nhìn thẳng trong một số mẫu thiết kế, trong khi những thiết kế khác tranh thủ sự trợ giúp của các lăng kính bổ sung để đảm bảo độ nghiêng của ống kính và một vị trí xem tự nhiên hơn cho người sử dụng kính hiển vi. Do các tia sáng tạo ảnh qua hệ thống thấu kính phức tạp trên trung tâm, chất lượng của hình ảnh đối xứng quanh trung tâm của nó, giống trường hợp của hầu hết các loại kính hiển vi sinh học. Ngoài ra, điều chỉnh quang sai trong kính hiển vi soi nổi loại Greenough ít khó khăn hơn so với thiết kế CMO, bởi vì các thấu kính nhỏ hơn, đối xứng trục, và không phụ thuộc nhiều vào các tia sáng đi qua ngoại vi vật kính.
Vật bị méo phát sinh trong kính hiển vi soi nổi Greenough do sự tách xiên của mỗi ống kính từ một trục chung. Sự biến dạng này gọi là hiệu ứng Keystone, khiến cho các khu vực ở phía bên trái của mắt phải trông nhỏ hơn so với ở phía bên tay phải của cùng một hình ảnh, và tất nhiên cũng tương tự với trường hợp hình ảnh ở mắt trái. Biến dạng Keystone phát sinh do những hình ảnh trung gian tạo ra bởi mỗi ống kính nằm nghiêng so với mặt phẳng mẫu, và nghiêng tương đối với nhau, do đó chỉ những khu vực trung tâm là tập trung đồng thời ở độ phóng đại giống hệt nhau. Kết quả là phần ngoại biên của vùng quan sát được tập trung ở phía trên hoặc bên dưới mặt phẳng mẫu một chút và có sự khác biệt rất nhỏ về độ phóng đại, mặc dù mắt thường bù đắp cho tác động này và những người sử dụng kính hiển vi soi nổi thường không chú ý lắm. Tuy nhiên, trong thời gian quan sát kéo dài, sự mệt mỏi và nhức mắt có thể được tăng tốc bởi hiệu ứng Keystone.
Sự thay đổi nhỏ về độ phóng đại và tập trung trên trường quan sát trong kính hiển vi soi nổi Greenough có thể được nhận thấy trong một bức ảnh hay hình ảnh video được tạo ra ở một phía của thiết bị, đặc biệt đối với các đối tượng bằng phẳng và thẳng. Trong kỹ thuật nhiếp ảnh kính hiển vi, tập trung không liên tục do góc nghiêng có thể dễ dàng bù đắp bằng cách nghiêng các vật mẫu hoặc đường đi chùm tia sáng sao cho trục quang kính hiển vi vuông góc với mặt phẳng bên của mẫu. Khi thực hiện phép đo với thước trắc vi, đường thẳng của lưới trắc vi trên thị kính nên được định vị theo hướng thẳng đứng để giảm thiểu hiệu ứng Keystone.
Kính hiển vi soi nổi CMO sử dụng một vật kính có đường kính lớn duy nhất, qua đó cả hai kênh trái và phải quan sát đối tượng. Mỗi kênh hoạt động như đường truyền quang học độc lập song song với nhau (đây là lý do chúng còn được gọi là kính hiển vi song song), và có ánh sáng chuẩn trực giữa các kênh và vật kính (hình ảnh được chiếu tới vô cực). Sự sắp xếp này đảm bảo sự hội tụ của các trục quang học trái và phải trùng khớp với các tiêu điểm trong mặt phẳng mẫu. Bởi vì sự sắp xếp trục song song thường được mở rộng để bao gồm các thị kính, những hình ảnh trái và phải được xem bởi đôi mắt của người quan sát sẽ rất ít hoặc không có hội tụ. Một lợi thế lớn của hệ thống CMO là trục chính của vật kính là bình thường với mặt phẳng mẫu vật, và không có độ nghiêng vốn có của hình ảnh ở mặt phẳng tiêu cự thị kính.
Mặc dù trong hầu hết các trường hợp có từ 10 đến 12 độ hội tụ ở các mẫu vật, não thường không thể phân tích các hình ảnh ba chiều mà không cần hội tụ, dẫn đến một sự bất thường duy nhất cho kính hiển vi soi nổi CMO. Khi xem mẫu vật qua loại kính hiển vi này, phần trung tâm của mẫu vật xuất hiện ở vị trí hơi cao hơn, vì vậy mà một mẫu phẳng sẽ có hình dạng lồi. Ví dụ, một đồng tiền sẽ trông dày hơn ở trung tâm, do đó, nó sẽ biến đổi từ bên này sang bên kia khi bị đảo ngược trên một mặt phẳng. Hiện tượng này được gọi là sự bóp méo góc nhìn, nhưng điều này cũng không thành vấn đề trừ khi kính hiển vi soi nổi được sử dụng để đánh giá độ bằng phẳng hoặc chiều cao.
Rất khó để xác định trong hai mẫu thiết kế kính hiển vi soi nổi (CMO hay Greenough) mẫu nào tốt hơn, bởi vì không có tiêu chuẩn được chấp nhận để so sánh hiệu suất giữa các hệ thống vi soi nổi. Kính hiển vi CMO, nói chung, có khả năng thu thập ánh sáng lớn hơn kính Greenough và thường được hiệu chỉnh quang sai tốt hơn. Một số kỹ thuật quan sát và nhiếp ảnh hiển vi đạt hiệu quả tốt nhất khi sử dụng với kính hiển vi soi nổi CMO, trong khi một số khác lại cần đến các đặc tính độc quyền chỉ có ở kính Greenough. Do đó, mỗi người sử dụng kính hiển vi phải tìm hiểu thiết kế nào phù hợp cho công việc của mình.
Trong hầu hết trường hợp, sự lựa chọn giữa kính hiển vi soi nổi Greenough hoặc CMO thường dựa trên các ứng dụng, chứ không phải thiết kế này vượt trội hơn loại kía. Kính hiển vi soi nổi Greenough thường được ứng dụng trong việc hàn các thành phần điện tử nhỏ, mổ xẻ các mẫu sinh học, và các công việc tương tự. Kính hiển vi này tương đối nhỏ, rẻ tiền, rất chắc chắn, đơn giản để sử dụng, và dễ dàng bảo trì. Kính hiển vi soi nổi CMO thường được sử dụng cho nhiều ứng dụng phức tạp đòi hỏi phải có độ phân giải cao với các phụ kiện quang và chiếu sáng tiên tiến. Quang phổ rộng của các phụ kiện đi kèm với kính hiển vi này được sử dụng trong lĩnh vực nghiên cứu. Trong công nghiệp, kính hiển vi Greenough được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất, trong khi kính hiển vi CMO thường chỉ được sử dụng cho các phòng thí nghiệm nghiên cứu và phát triển. Xem xét đến tính kinh tế khi mua kính hiển vi, đặc biệt là trên quy mô lớn. Kính hiển vi soi nổi CMO có thể có giá cao hơn nhiều lần so với kính hiển vi Greenough, đây là vấn đề cần xem xét đối với các nhà sản xuất có thể cần hàng chục đến hàng trăm kính hiển vi. Tuy nhiên, có những trường hợp ngoại lệ. Nếu kính hiển vi CMO là công cụ tốt hơn cho công việc, chi phí cuối cùng có thể thấp hơn.
Một cặp lăng kính hoặc hệ thống gương được sử dụng để xoay và đảo ngược hình ảnh phóng đại nhận được từ các vật kính và trình bày cho người quan sát. Các ống kính được xây dựng để cung cấp một đường nhìn thẳng trong một số mẫu thiết kế, trong khi những thiết kế khác tranh thủ sự trợ giúp của các lăng kính bổ sung để đảm bảo độ nghiêng của ống kính và một vị trí xem tự nhiên hơn cho người sử dụng kính hiển vi. Do các tia sáng tạo ảnh qua hệ thống thấu kính phức tạp trên trung tâm, chất lượng của hình ảnh đối xứng quanh trung tâm của nó, giống trường hợp của hầu hết các loại kính hiển vi sinh học. Ngoài ra, điều chỉnh quang sai trong kính hiển vi soi nổi loại Greenough ít khó khăn hơn so với thiết kế CMO, bởi vì các thấu kính nhỏ hơn, đối xứng trục, và không phụ thuộc nhiều vào các tia sáng đi qua ngoại vi vật kính.
Vật bị méo phát sinh trong kính hiển vi soi nổi Greenough do sự tách xiên của mỗi ống kính từ một trục chung. Sự biến dạng này gọi là hiệu ứng Keystone, khiến cho các khu vực ở phía bên trái của mắt phải trông nhỏ hơn so với ở phía bên tay phải của cùng một hình ảnh, và tất nhiên cũng tương tự với trường hợp hình ảnh ở mắt trái. Biến dạng Keystone phát sinh do những hình ảnh trung gian tạo ra bởi mỗi ống kính nằm nghiêng so với mặt phẳng mẫu, và nghiêng tương đối với nhau, do đó chỉ những khu vực trung tâm là tập trung đồng thời ở độ phóng đại giống hệt nhau. Kết quả là phần ngoại biên của vùng quan sát được tập trung ở phía trên hoặc bên dưới mặt phẳng mẫu một chút và có sự khác biệt rất nhỏ về độ phóng đại, mặc dù mắt thường bù đắp cho tác động này và những người sử dụng kính hiển vi soi nổi thường không chú ý lắm. Tuy nhiên, trong thời gian quan sát kéo dài, sự mệt mỏi và nhức mắt có thể được tăng tốc bởi hiệu ứng Keystone.
Sự thay đổi nhỏ về độ phóng đại và tập trung trên trường quan sát trong kính hiển vi soi nổi Greenough có thể được nhận thấy trong một bức ảnh hay hình ảnh video được tạo ra ở một phía của thiết bị, đặc biệt đối với các đối tượng bằng phẳng và thẳng. Trong kỹ thuật nhiếp ảnh kính hiển vi, tập trung không liên tục do góc nghiêng có thể dễ dàng bù đắp bằng cách nghiêng các vật mẫu hoặc đường đi chùm tia sáng sao cho trục quang kính hiển vi vuông góc với mặt phẳng bên của mẫu. Khi thực hiện phép đo với thước trắc vi, đường thẳng của lưới trắc vi trên thị kính nên được định vị theo hướng thẳng đứng để giảm thiểu hiệu ứng Keystone.
Kính hiển vi soi nổi CMO sử dụng một vật kính có đường kính lớn duy nhất, qua đó cả hai kênh trái và phải quan sát đối tượng. Mỗi kênh hoạt động như đường truyền quang học độc lập song song với nhau (đây là lý do chúng còn được gọi là kính hiển vi song song), và có ánh sáng chuẩn trực giữa các kênh và vật kính (hình ảnh được chiếu tới vô cực). Sự sắp xếp này đảm bảo sự hội tụ của các trục quang học trái và phải trùng khớp với các tiêu điểm trong mặt phẳng mẫu. Bởi vì sự sắp xếp trục song song thường được mở rộng để bao gồm các thị kính, những hình ảnh trái và phải được xem bởi đôi mắt của người quan sát sẽ rất ít hoặc không có hội tụ. Một lợi thế lớn của hệ thống CMO là trục chính của vật kính là bình thường với mặt phẳng mẫu vật, và không có độ nghiêng vốn có của hình ảnh ở mặt phẳng tiêu cự thị kính.
Mặc dù trong hầu hết các trường hợp có từ 10 đến 12 độ hội tụ ở các mẫu vật, não thường không thể phân tích các hình ảnh ba chiều mà không cần hội tụ, dẫn đến một sự bất thường duy nhất cho kính hiển vi soi nổi CMO. Khi xem mẫu vật qua loại kính hiển vi này, phần trung tâm của mẫu vật xuất hiện ở vị trí hơi cao hơn, vì vậy mà một mẫu phẳng sẽ có hình dạng lồi. Ví dụ, một đồng tiền sẽ trông dày hơn ở trung tâm, do đó, nó sẽ biến đổi từ bên này sang bên kia khi bị đảo ngược trên một mặt phẳng. Hiện tượng này được gọi là sự bóp méo góc nhìn, nhưng điều này cũng không thành vấn đề trừ khi kính hiển vi soi nổi được sử dụng để đánh giá độ bằng phẳng hoặc chiều cao.
Rất khó để xác định trong hai mẫu thiết kế kính hiển vi soi nổi (CMO hay Greenough) mẫu nào tốt hơn, bởi vì không có tiêu chuẩn được chấp nhận để so sánh hiệu suất giữa các hệ thống vi soi nổi. Kính hiển vi CMO, nói chung, có khả năng thu thập ánh sáng lớn hơn kính Greenough và thường được hiệu chỉnh quang sai tốt hơn. Một số kỹ thuật quan sát và nhiếp ảnh hiển vi đạt hiệu quả tốt nhất khi sử dụng với kính hiển vi soi nổi CMO, trong khi một số khác lại cần đến các đặc tính độc quyền chỉ có ở kính Greenough. Do đó, mỗi người sử dụng kính hiển vi phải tìm hiểu thiết kế nào phù hợp cho công việc của mình.
Trong hầu hết trường hợp, sự lựa chọn giữa kính hiển vi soi nổi Greenough hoặc CMO thường dựa trên các ứng dụng, chứ không phải thiết kế này vượt trội hơn loại kía. Kính hiển vi soi nổi Greenough thường được ứng dụng trong việc hàn các thành phần điện tử nhỏ, mổ xẻ các mẫu sinh học, và các công việc tương tự. Kính hiển vi này tương đối nhỏ, rẻ tiền, rất chắc chắn, đơn giản để sử dụng, và dễ dàng bảo trì. Kính hiển vi soi nổi CMO thường được sử dụng cho nhiều ứng dụng phức tạp đòi hỏi phải có độ phân giải cao với các phụ kiện quang và chiếu sáng tiên tiến. Quang phổ rộng của các phụ kiện đi kèm với kính hiển vi này được sử dụng trong lĩnh vực nghiên cứu. Trong công nghiệp, kính hiển vi Greenough được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất, trong khi kính hiển vi CMO thường chỉ được sử dụng cho các phòng thí nghiệm nghiên cứu và phát triển. Xem xét đến tính kinh tế khi mua kính hiển vi, đặc biệt là trên quy mô lớn. Kính hiển vi soi nổi CMO có thể có giá cao hơn nhiều lần so với kính hiển vi Greenough, đây là vấn đề cần xem xét đối với các nhà sản xuất có thể cần hàng chục đến hàng trăm kính hiển vi. Tuy nhiên, có những trường hợp ngoại lệ. Nếu kính hiển vi CMO là công cụ tốt hơn cho công việc, chi phí cuối cùng có thể thấp hơn.