微生物染色的主要目的是使菌體與背景形成明顯的色差，易於在顯微鏡下觀察。通過染色，可以清楚地觀察到微生物的形態和結構，因為活的微生物細胞含水量高，對光的吸收和反射與水溶液相差不大，不易於直接觀察。此外，染色還可以幫助區分不同類型的微生物，例如通過革蘭氏染色法，可以將細菌分為革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌。
在染色過程中，還會使用到不同的染料和固定劑。例如，革蘭氏染色法使用初染劑結晶紫和媒染劑碘液，以及最後的復染劑如番紅或沙黃。固定劑的作用是殺死微生物並固定細胞結構，以增強染料與微生物的結合力，便於染色。