利用电子束作为光源使高速电子流在磁透镜中与固体、生物样品等试样发生散射、衍射或扫描作用而形成高倍放大像来研究试样超微形态、结构、成分和功能的电子光学仪器。

世界上第一台电子显微镜诞生于1933年，是由德国科学家E.鲁斯卡（Ruska）教授设计制造的。当时这台仪器放大倍数可达1.2万倍，优于光学显微镜的分辨率。20世纪80年代电子显微镜的分辨率已提高至0.08纳米，放大倍数达120万倍。

中国自1958年制造了第一台电子显微镜起，先后生产有分辨率达0.2纳米，放大倍数可达80万倍的DX-4系列透射电镜和分辨率达7纳米，放大倍数达10万倍的DX-5系列扫描电镜。

由于结构、用途各异，种类繁多，归纳起来有如下几种主要类型：

透射电子显微镜

利用电子束作光源，透射电子散射或衍射成像的电镜。常用作生物、固体材料的超微形态和结构观察。

中国的DX-4系列及DXB₂-12透射电镜，日本电子公司的JEM-1200EX，荷兰菲力浦公司的EM-400型和德国OPTON公司的EM-10C等都是属于这种类型的电子显微镜。

扫描电子显微镜

利用电子束在样品表面扫描产生的二次电子作为信号进行形态、成分分析的电子显微镜。其采用高亮度的场发射枪，并选择“低能量损失”电子来成像，分辨率可达0.8纳米，放大倍数可达80万倍。生物用扫描电镜，其试样室内备有冷冻试样台装置以便观察自然状态下的生物样品。这类仪器的产品有中国的DX-5系列，美国ETEC公司的生物扫描电镜，日本日立公司的S-450和日本电子公司的JSM-35C等。

扫描电镜若配备X光晶体光谱仪（WDX）或X光能谱仪（EDX）后，便可兼具电子探针化学成分分析功能。

扫描电镜由于具备三维成像，真实感和立体感很强，其图像还可录在磁带或磁盘上，进一步用计算机作图像加工处理。

超高压电子显微镜

一般把加速电压在100千伏以下的透射电子显微镜称为常规电子显微镜，500千伏以上的称为高压电镜，如果加速电压超过1000千伏（1兆电子伏）的就称为超高压电子显微镜。由于观察样品的厚度可达10微米厚，较常规电镜样品增加厚度近100倍，因此可使样品更接近自然状态，且可进行三维结构研究，它对生物样品的辐射损失小，适宜采用环境样品室以便对活的生物样品进行观察。

扫描透射电子显微镜

它是由场发射源发出的电子受电子枪中阳极加速，经磁透镜会聚成很细的电子探针聚焦到样品进行扫描，样品发射的各种电子信号用几个探测器分别接受，转变成电信号，信号可显示在扫描示波器上或贮存在磁带及数字贮存器中以便进行分析。它具有直接观察单个原子（指重原子）的成像，可得到从钠原子到铀原子的高质量图像。并可研究原子的移动，分析出原子的时差运动。利用同时观察亮场和暗场像很容易获得生物大分子DNA的清晰电子图像。

扫描隧道效应电子显微镜

是80年代出现的利用电子隧道效应原理工作的新一代显微镜。当两个电极间隙很窄（几个原子直径）时，将有少量电子流过绝缘介质，这就是电子隧道效应。由于隧道效应电流取决于探针与样品表面之间的距离，因此通过电流的变化得到样品表面的映像既能显示样品表面凹凸不平情况，亦能显示样品表面带离子的分布情况。它的垂直方向分辨率达0.01纳米，水平方向分辨率为0.1纳米，能观察样品表面的一个又一个原子，被称为第三代电子显微镜。

电镜结合显微技术广泛应用于固体科学、生命科学等各个领域。

在材料、矿物、半导体中的应用

电镜可以用来观察材料内部的微结构及动态变化。如当材料在不同条件下的受热、冷却、受不同应力、辐照等引起内部原子发生移动而出现重新组合。亦可以用来研究晶体中的缺陷及晶体生长过程。利用电子通道图样可对晶体的结构位向进行研究。亦可对矿物、土壤、金属材料、半导体作微区精确的定量分析。分析元素包括碳（C）、氮（N）、氧（O）、氢（H）、氟（F）及从铍（Be）到铀（U）之间的各种元素，灵敏度达10^-19克。

在生物学中的应用

①在细胞生物学中的应用：可对动、植物的各种亚细胞结构进行形态研究，同时利用显微超薄切片术，细胞化学，冷冻蚀刻，胶体金标记，放射自显影等技术可把各种细胞器的精细结构研究和其功能联系在一起。②在病毒学中的应用：结合负染技术、免疫电镜、胶体金标记、冷冻蚀刻、计算机图像分析及处理技术可研究小至10纳米、大至300纳米以下的病毒形态、结构和分类。③在分子生物学中的应用：结合蛋白质单分子展层技术、扩散技术及包含在病毒、细菌或真核细胞中的核酸进一步释放技术可进行核酸分子结构研究。