Khả năng của một vật kính hiển vi có thể bắt được các tia sáng lệch khỏi mẫu vật phụ thuộc vào cả khẩu độ số và môi trường mà ánh sáng truyền qua.

Khẩu độ số của vật kính tỷ lệ thuận với chiết suất của môi trường hình ảnh giữa tấm che và thấu kính phía trước, và cũng tỷ lệ với SIN của một nửa khẩu độ góc của vật kính.

Bởi vì sin không thể lớn hơn 90 độ, khẩu độ số lớn nhất có thể được xác định bằng chiết suất của môi trường ngâm.

Hầu hết các vật kính của kính hiển vi sử dụng không khí làm môi trường mà các tia sáng phải đi qua giữa tấm che bảo vệ mẫu và thấu kính phía trước của vật kính. Các vật kính thuộc loại này được gọi là vật kính khô vì chúng được sử dụng mà không có phương tiện hình ảnh chất lỏng.

Không khí có chiết suất 1.0003, rất gần với chiết suất của chân không và thấp hơn đáng kể so với hầu hết các chất lỏng, bao gồm nước (n = 1,33), glycerin (n = 1,470) và dầu ngâm kính hiển vi thông thường (trung bình n = 1,515).

Trên thực tế, khẩu độ số tối đa của hệ thống vật kính khô được giới hạn ở 0,95 và chỉ có thể đạt được các giá trị lớn hơn bằng cách sử dụng quang học được thiết kế cho phương tiện ngâm.

Nguyên tắc ngâm dầu được trình bày trong Hình 21 trong đó các tia sáng riêng lẻ đi qua mẫu vật và truyền vào vật kính hoặc bị khúc xạ theo các hướng khác. Hình 21 (a) minh họa trường hợp của một vật kính khô có năm tia (được dán nhãn từ 1 đến 5) được thể hiện đi qua một mẫu được bao phủ bởi một tấm phủ.

Các tia này bị khúc xạ tại mặt phân cách giữa không khí và tấm phủ, chỉ hai tia gần trục quang học của kính nhất (tia 1 và 2) mới có góc thích hợp để đi vào vật kính phía trước. Tia thứ ba bị khúc xạ ở góc khoảng 30 độ so với tấm phủ và không đi vào vật kính. Hai tia cuối cùng (4 và 5) bị phản xạ lại bên trong qua tấm phủ và cùng với tia thứ ba, góp phần vào sự phản xạ bên trong của ánh sáng tại các bề mặt thủy tinh có xu hướng làm giảm độ phân giải hình ảnh. Khi không khí được thay thế bằng dầu có cùng chiết suất như thủy tinh, thể hiện trong Hình 21 (b), các tia sáng bây giờ truyền thẳng qua mặt phân cách thủy tinh-dầu mà không bị lệch do khúc xạ. Do đó, khẩu độ số được tăng lên theo hệ số n, chiết suất của dầu.

Vật kính hiển vi được thiết kế để sử dụng với dầu ngâm có một số ưu điểm hơn so với vật kính được sử dụng khô. Mục tiêu ngâm thường có độ hiệu chỉnh cao hơn (hoặc fluorit hoặc apochromatic) và có thể có khẩu độ số làm việc lên đến 1,40 khi được sử dụng với dầu ngâm có độ phân tán và độ nhớt thích hợp. Các vật kính này cho phép mở màng ngăn tụ điện ở mức độ lớn hơn, do đó mở rộng độ chiếu sáng của mẫu thử và tận dụng lợi thế của khẩu độ số tăng lên.

Một yếu tố thường bị bỏ qua khi sử dụng các vật kính ngâm trong dầu tăng khẩu độ số là các hạn chế đặt trên hệ thống bởi bộ ngưng tụ của hệ thống.

Trong tình huống sử dụng vật kính dầu NA = 1,40 để chụp ảnh mẫu với tụ quang có khẩu độ số nhỏ hơn (ví dụ: 1,0), khẩu độ số thấp hơn của tụ quang sẽ ghi đè lên vật kính và tổng NA của hệ thống được giới hạn ở 1,0 là khẩu độ số của tụ quang.

Các thiết bị tụ quang hiện đại thường có mức độ hiệu chỉnh cao với các giá trị khẩu độ số nằm trong khoảng từ 1,0 đến 1,40. Để tận dụng hiệu quả tất cả các lợi ích của việc ngâm dầu, bề mặt giữa thấu kính phía trước của tụ quang phụ và mặt dưới của lam kính hiển vi có chứa mẫu vật cũng phải được ngâm trong dầu.

Một hệ thống lý tưởng được sơ đồ hóa trong Hình 22, trong đó dầu ngâm đã được đặt tại các giao diện giữa vật kính phía trước và tấm trượt mẫu và cũng giữa thấu kính phía trước của bộ ngưng tụ và mặt dưới của tấm trượt mẫu.

Hệ thống này được gọi là Hệ thống ngâm đồng nhất và đây là tình huống lý tưởng để đạt được khẩu độ và độ phân giải số tối đa trong kính hiển vi quang học.

Trong trường hợp này, chiết suất và độ tán sắc của vật kính phía trước, dầu ngâm, thấu kính phía trước tụ quang phụ và phương tiện gắn kết là bằng nhau hoặc rất gần bằng nhau.

Trong hệ thống lý tưởng này, một tia sáng xiên có thể đi qua thấu kính ngưng tụ và hoàn toàn xuyên qua kính hiển vi, dầu ngâm, và phương tiện gắn kết mà không bị suy giảm bởi khúc xạ tại các giao diện thủy tinh - dầu.

Khi sử dụng vật kính ngâm dầu achromat công suất cao, đôi khi có thể bỏ qua bước tra dầu cho thấu kính trên cùng của tụ quang.

Điều này là do màng chắn khẩu độ của tụ quang thường phải được giảm xuống với các vật kính ít được hiệu chỉnh hơn để loại bỏ các hiện tượng sai lệch và cung cấp hình ảnh tối ưu.

Việc giảm kích thước màng ngăn làm giảm khả năng tăng khẩu độ số (được cung cấp bằng cách bôi dầu ống kính tụ quang), do đó chất lượng hình ảnh bị giảm trong các điều kiện này thường không đáng kể.