Với kớnh hiển vi quang học thụng thường chỉ thấy được những chi tiết lớn hơn 0,2 μm vỡ khi dựng cỏc thấu kớnh để phúng đại do hiện tượng nhiễu xạ nờn năng suất phõn giải tốt nhất theo lý thuyết chỉ bằng cỡ một nửa bước súng sử dụng. Từ khi biết được điện tử cú tớnh chất súng và bước súng của tia điện tử rất nhỏ so với bước súng của ỏnh sỏng người ta đó bắt chước cấu tạo của kớnh hiển vi quang học
để làm kớnh hiển vi điện tử: Thay nguồn quang học bằng nguồn điện tử, thay thấu kớnh thuỷ tinh bằng thấu kớnh điện từ.
Kớnh hiển vi điện tử truyền qua được phỏt triển từ năm 1930 là cụng cụ kỹ thuật khụng thể thiếu cho nghiờn cứu vật liệu và y học. Dựa trờn nguyờn tắc hoạt động cơ bản của kớnh hiển vi điện tử quang học, kớnh hiển vi điện tử truyền qua cú ưu điểm nổi bật nhờ bước súng của chựm điện tử ngắn hơn nhiều so với bước súng của ỏnh sỏng nhỡn thấy nờn cú thể quan sỏt tới kớch thước cỡ 0,2 nm. Khi chựm điện tử chiếu tới mẫu với tốc độ rất cao và trong phạm vi rất hẹp, cỏc điện tử bị tỏn xạ bởi thế tĩnh điện giữa hạt nhõn nguyờn tử và đỏm mõy điện tử của vật liệu gõy nhiễu xạ điện tử. Chựm điện tử nhiễu xạ từ vật liệu phụ thuộc vào bước súng của chựm điện tử tới và khoảng cỏch mặt mạng trong tinh thể, tuõn theo định luật Bragg như đối với nhiễu xạ tia X: nλ = 2dsinθ. Khỏc với nhiễu xạ tia X, do bước súng của chựm tia điện tử thường rất nhỏ nờn ứng với cỏc khoảng cỏch mặt mạng trong tinh thể thỡ gúc nhiễu xạ phải rất bộ, cỡ dưới 0,01o.
Tuỳ thuộc vào bản chất của vật liệu, ảnh nhiễu xạ điện tử thường là một loạt những vũng sỏng đối với mẫu cú nhiều vi tinh thể định hướng ngẫu nhiờn hoặc là mạng lưới riờng biệt, những điểm sỏng sắc nột đối với mẫu đơn tinh thể hay mẫu cú kết cấu.
Nhờ cỏch tạo ảnh nhiễu xạ, vi nhiễu xạ và nanụ nhiễu xạ kớnh hiển vi điện tử truyền qua cũn cho biết nhiều thụng tin chớnh xỏc về cỏch sắp xếp cỏc nguyờn tử trong mẫu, theo dừi được cỏch sắp xếp đú trong chi tiết từng hạt, từng diện cỡ micromet vuụng và nhỏ hơn. Cỏc loại kớnh hiển vi điện tử hiện đại cũn trang bị thờm cỏc phương tiện để phõn tớch thành phần hoỏ học của mẫu ở trong diện tớch nhỏ hơn micromet vuụng, ở những lớp chỉ vài ba nguyờn tử bề mặt.
Cỏc ảnh TEM của vật liệu được chụp trờn kớnh hiển vi điện tử truyền qua cú thế từ 40 đến 100 kV, độ phõn giải đối với điểm ảnh là 0,2 nm và đối với ảnh mạng tinh thể là 0,15 nm, độ phúng đại từ 20 đến 500000 lần.