利用電子束對樣品放大成像的顯微鏡，稱為電子顯微鏡（簡稱電鏡）。電鏡的放大倍率可達百萬，可分辨樣品的最小細節為零點幾個納米，而光學顯微鏡的放大倍率不過幾千倍，其分辨率在理論上不能小於0.2um，這是因為受光波波長的局限，即可見光的波長不能小於400nm。為此，它促使人們去尋找更短波長的照明物質。
根據波動學說，運動著的電子可以看作是一種電子波。電子運動的速度越高，電子波的波長越短。例如受200kv高壓加速的電子，其波長僅為0.0025nm。這表明電子是一種理想的新光源。此外，20世紀20—30年代，證實了軸對稱分布的電磁場具有能使電子束偏轉、聚焦的作用，從而找到了相當於光學顯微鏡中的透鏡——— 電子透鏡。這就是具有高分辨率的電子顯微鏡產生的基礎。
電子顯微鏡分為透射電鏡和掃描電鏡兩大類：透射電鏡的工作原理和普通光學顯微鏡非常相似，包括照明係統、成像係統和觀察、照相室等；掃描電鏡利用從塊狀樣品表麵收集到的信號電子成像，因此相當於一種“反射式”顯微鏡（個別情況下也可采用透射模式）。
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