電子顯微鏡使用由電磁透鏡聚焦的電子束以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡可獲得的空間分辨率對所有類型的材料進(jìn)行成像。有兩種常見的電子顯微鏡類型：透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡。這兩種類型也已混合產(chǎn)生掃描透射電子顯微鏡和配備透射檢測器的掃描電子顯微鏡。然而，盡管技術(shù)已經(jīng)成熟，但新技術(shù)的發(fā)展繼續(xù)推動分辨率的極限向前發(fā)展。

透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope, 簡稱TEM），是一種把經(jīng)加速和聚集的電子束透射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度等相關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像，影像在放大、聚焦后在成像器件（如熒光屏，膠片以及感光耦合組件）上顯示出來的顯微鏡。 
 

掃描電子顯微鏡(ScanningElectron Microscope，SEM)，由電子槍發(fā)射出來的電子束，在加速電壓的作用下，經(jīng)過磁透鏡系統(tǒng)匯聚，形成直徑為5nm，經(jīng)過二至三個電磁透鏡所組成的電子光學(xué)系統(tǒng)，電子束會聚成一個細(xì)的電子束聚焦在樣品表面。在末級透鏡上邊裝有掃描線圈，在它的作用下使電子束在樣品表面掃描。由于高能電子束與樣品物質(zhì)的交互作用，結(jié)果產(chǎn)生了各種信息：二次電子、背反射電子、吸收電子、X射線、俄歇電子、陰極發(fā)光和透射電子等。這些信號被相應(yīng)的接收器接收，經(jīng)放大后送到顯像管的柵極上，調(diào)制顯像管的亮度。由于經(jīng)過掃描線圈上的電流是與顯像管相應(yīng)的亮度一一對應(yīng)，也就是說，電子束打到樣品上一點(diǎn)時，在顯像管熒光屏上就出現(xiàn)一個亮點(diǎn)。掃描電鏡就是這樣采用逐點(diǎn)成像的方法，把樣品表面不同的特征，按順序，成比例地轉(zhuǎn)換為視頻信號，完成一幀圖像，從而使我們在熒光屏上觀察到樣品表面的各種特征圖像。
 

掃描透射電子顯微鏡(scanningtransmission electron microscopy，STEM)，幾乎就是它聽起來的樣子——TEM和SEM的結(jié)合。事實(shí)上，今天的大多數(shù)TEM都是可以在TEM或STEM模式下運(yùn)行的組合系，用戶只需要改變其對準(zhǔn)程序。 在掃描透射電鏡（STEM）模式下，光束被精確聚焦并掃描樣品區(qū)域（如SEM），而圖像由透射電子產(chǎn)生（如TEM）。在掃描透射電鏡（STEM）模式下工作時，用戶可以利用這兩種技術(shù)的功能; 他們可以在高分辨看到樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（甚至高于透射電鏡TEM分辨率），但也可以使用其他信號，如X射線和電子能量損失譜。 這些信號可用于能量色散X射線光譜（EDX）和電子能量損失光譜（EELS）。  

當(dāng)然，EDX能譜分析在掃描電鏡（SEM）系統(tǒng)中也是常見分析方法，并用于通過檢測樣品被電子撞擊時發(fā)射的X射線來識別樣品的成分。  電子能量損失光譜（EELS）只能在以掃描透射電鏡（STEM）模式工作的透射電鏡（TEM）系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，并能夠反應(yīng)材料的原子和化學(xué)成分，電子性質(zhì)以及局部厚度測量。