Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) [16] là phương pháp hiển vi điện tử đầu tiên được phát triển với thiết kế đầu tiên mô phỏng phương pháp hiển vi quang học truyền qua (những năm đầu 1930). Phương pháp này sử dụng một chùm electron thay thế chùm sáng chiếu xuyên qua mẫu vật và thu được những thông tin về cấu trúc và thành phần của nó giống như cách sử dụng hiển vi quang học.
Mặc dù phát triển trước nhưng đến bây giờ TEM mới tỏ ra ưu thế hơn SEM trong lĩnh vực vật liệu mới. Nó có thể đạt được độ phóng đại 400.000 lần với nhiều vật liệu, và với các nguyên tử nó có thể đạt được độ phóng đại tới 15 triệu lần. Cấu trúc của thiết bị TEM khá giống với một máy chiếu (projector), một chùm sáng được phóng xuyên qua phim (slide) và kết quả thu được sẽ phản ánh những chủ đề được thể hiện trên đó, hình ảnh sẽ được phóng to và hiển thị trên màn chiếu. Các bước của ghi ảnh TEM cũng tương tự: Chiếu một chùm electron qua một mẫu vật, tín hiệu thu được sẽ phóng to và chuyển lên màn huỳnh quang cho người sử dụng quan sát. Mẫu vật liệu chuẩn bị cho TEM phải mỏng để cho phép electron có thể xuyên qua vật thể trong hiển vi quang học.
22
(1) (2)
Hình 3: Sơ đồ nguyên lí (1) và súng phóng điện tử (2) của kính hiển vi điện tử truyền qua
. Phần tối của ảnh đại diện cho vùng mẫu đã cản trở, chỉ cho phép một số ít electron xuyên qua (vùng mẫu dày hoặc có mật độ cao). Vùng sáng của ảnh đại diện cho vùng mẫu không cản trở, cho nhiều electron truyền qua (vùng mỏng hoặc mật độ thấp).