Stereomikroskoobi tööpõhimõte põhineb binokulaarsel stereo nägemisel, mis pakub kolmemõõtmelist vaatlusmeetodit kahe sõltumatu optilise raja kaudu.
Stereomikroskoobi tuum on selle optilise struktuuri kujunduses, mis sisaldab tavaliselt ühist esmast objektiivi. Kaks heletala pärast objekti pildistamist eraldatakse kahe vahepealse objektiivi komplektiga (nimetatakse ka suumi läätserühmadeks) ja moodustavad teatud nurga (tavaliselt 12–15 kraadi) ja moodustavad seejärel oma vastavate okulaaride kaudu pildid. See kujundus muudab vasaku silma ja parema silmaga nähtud pildid pisut erinevaks ning aju sulandab need pildid objekti kolmemõõtmelise taju rekonstrueerimiseks.
