As duas formas observá-lo e observa-lo estão corretas, contudo seus significados são diferentes.

Ou seja, ambas as palavras estão corretas e são formas verbais do verbo observar com o pronome oblíquo átono “o” que assume a forma lo depois do verbo quando este termina em “r, s ou z” (ao mesmo tempo que a terminação verbal é suprimida) mas empregues em diferentes tempos verbais.

Observá-lo, com acento agudo na vogal “a”, é referente ao infinitivo do verbo.

o observar = [ observá-lo ]

Vamos observá-lo por um dia ou dois.
Quando voltei para observá-lo, tinha desaparecido.
Ao observá-lo, diria que parece um pouco teso.

Obs:
infinitivo: transmite ideia de uma ação ou estado, porém sem vinculá-la a um tempo, modo ou pessoa específica
vogal a: implica acento agudo

Observa-lo, sem acento gráfico, é referente à segunda pessoa do singular do indicativo do verbo.

tu o observas = [ observa-lo ]

É uma flexão menos usada mas válida.

Tu observa-lo e assim que ele estiver perto, atacas!
Para apreendes, tu observa-lo com atenção.

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