Kính hiển vi điện tử đầu tiên được chế tại chỉ vài năm sau khi khám phá ra electron vận tốc cao có bước sóng nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng. Nhờ bước sóng nhỏ, kính hiển vi điện tử có độ phân giải cao hơn nhiều so với kính hiển vi quang học. Chùm electron co thể được hội tụ nhờ điện trường hay từ trường thích hợp. Ví dụ, từ trường của solenoid tác dụng giống như một thấu kính
hội tụ đối với electron (Hình P.1901). Trong kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopes –TEM) , một chùm electron năng lượng cao hội tụ bởi thấu kính từ chiếu lên mẫu rồi đi qua vật kính từ, vật kính này tạo nên một ảnh trung gian. Một thấu kính chiếu electron phóng đại một phần của ảnh trung gian để tạo thành ảnh cuối cùng, ảnh này có thể xem trên màn huỳnh quang hay ghi trên kính ảnh. Giống như đối với kính hiển vi quang học, độ khuếch đại toàn phần là tích của độ khuếch đại của vật kính với độ khuếch đại của thấu kính chiếu. Bằng cách lựa chọn đúng dòng của các thấu kính từ độ khuếch đại toàn phần có thể đạt tới 200000X. Các thiết bị hiện đại có thể có độ phân giải nhỏ hơn 0,5nm.
Kính hiển vi điện tử quét(Scanning Electron Microsopes-SEM), được dùng rộng rãi vào thập niên 70 và 80, hoạt động khác với TEM về nguyên tắc.
Trong kính hiển vi điện tử quét một chùm điện tử mảnh quét qua bề mặt của vật cần khảo sát. Khi chùm quét qua mẫu, electron tới(electron sơ cấp) làm bật ra các electron thứ cấp từ bề mặt của nơi chùm tới hội tụ, các electron thứ cấp này được hội tụ vào một điện cực dương. Cường độ của dòng thứ cấp thay đổi khi chùm electron sơ cấp quét qua mẫu, bởi vì có nhiều electron thứ cấp bật ra hơn khi chùm
tới đập vào một mép lồi so với khi nó đập vào mặt phẳng. Thông tin về cường độ được dùng để tạo nên một ảnh giống như ảnh tivi trên đèn hình; tạo nên hình ảnh 3 chiều (Hình P.1903). Kích thước
của chùm (thường nhỏ hơn 10nm) là độ phân giản của thiết bị. Trong cả hai loại kính hiển vi điện tử bước sóng De Broglie cực nhỏ của electron tốc độ cao cho phép tạo hình ảnh có độ phân giải cao.
Hình P.1903 - Hình chụp giả màu bằng kính hiển vi điện tử quét của dãy diod thu tia hồng ngoại. Các lớp của bán dẫn loại
p(màu cam) phân biệt với thung lũng loại n (màu đỏ). Các chỗ lồi màu xanh là kim loại Indi dùng để làm điện cực, mỗi diod được đặt cách nhau 100mm, tính từ tâm đến tâm.
Màn hình tinh thể lỏng