电子显微镜是一种利用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。其工作原理基于电子光学原理，涉及电子的加速、聚焦、与样品的相互作用以及图像的检测与处理。
电子源：
电子显微镜使用电子源产生电子束，最常用的电子源是热阴极发射电子枪。
真空系统：
电子显微镜内部需要维持高真空环境，以确保电子束的稳定传输和避免电子与气体分子相互碰撞。
电子透镜系统：
电子透镜系统由一系列电磁透镜组成，包括凸透镜和凹透镜。这些透镜通过控制电磁场来聚焦电子束，使其通过样品。电子透镜的工作原理基于对电子束的控制，通过调节电压或电流来改变电场或磁场的分布，从而改变电子束的传播方式。
样品：
待观察的样品被放置在电子显微镜的样品台上。样品通常需要进行前处理，如切片、薄层制备或金属蒸镀等，以适应电子束的观察要求。
检测器和图像形成：
电子束与样品相互作用后，产生散射电子、透射电子和反射电子等。这些电子通过检测器进行捕捉和记录，形成样品的图像。最常用的检测器是荧光屏或像面探测器。
放大和图像处理：
电子显微镜通过调整电子透镜的电场和样品到检测器的距离来控制放大倍数。电子显微镜还可以使用电子衍射、能谱分析等技术来获取更多关于样品的信息。
电子显微镜的分辨能力以它所能分辨的相邻两点的最小间距来表示。20世纪70年代，透射式电子显微镜的分辨率约为0.3纳米，远超传统光学显微镜的分辨率。电子显微镜的应用范围非常广泛，包括观察细胞和组织的超微结构、研究半导体材料、纳米材料的制备和表征等。