TEM là một thiết bị dùng để nghiên cứu các vi cấu trúc của vật rắn, sử dụng một chùm tia có năng lƣợng cao chiếu qua mẫu rắn mỏng và ảnh sẽ đƣợc tạo ra nơi các thấu kính. Lý thuyết về máy TEM đã đƣợc một số nhà khoa học đƣa ra vào những năm 1930 với mục đích nhằm cải thiện một số tính chất yếu kém của kính hiển vi quang học nhƣ về độ phân giải hay là độ phóng đại … Đến năm 1931, mô hình của TEM lần đầu tiên đƣợc dựng nên và ngƣời ta đã dùng các thấu kính từ để tạo ảnh sóng điện từ. Nhƣng mãi đến năm 1938, mô hình hoàn chỉnh mới đƣợc xây dựng bởi hai nhà khoa học Albert Presbus và James Hillier. Nguyên tắc tạo ảnh rất giống với kính hiển vi quang học với hai sự khác biệt là thay vì dùng sóng ánh sáng và thấu kính thủy tinh thì nay là súng điện từ và thấu kính từ.
Nguyên lý làm việc của TEM nhƣ một máy chiếu slide một chùm tia, khi ánh sáng đi xuyên qua slide nó sẽ bị ảnh hƣởng bởi cấu trúc và những vật thể trên slide. Điều này dẫn đến chỉ một phần chùm sáng có thể đi qua slide, cũng chỉ có những tia này đƣợc chiếu lên màn quan sát và tạo thành ảnh phóng đại.
Ƣu điểm của máy TEM: đầu tiên phải kể là độ phân giải rất cao đồng thời dễ dàng đƣa các thông tin về cấu trúc vật rắn ở cấp độ nguyên tử. TEM luôn cho ảnh thật về cấu trúc bên trong của vật rắn. Đây là một khác biệt mà ở kính hiển vi quang học không thể có. Việc sử dụng thiết bị này còn cung cấp cho ta nhiều thông tin quan trọng của vật liệu mà một số lĩnh vực ngày nay đang quan tâm đặc biệt nhƣ nano.
Bên cạnh đó, cũng có một số hạn chế nhƣ giá thành rất cao, điều kiện môi trƣờng làm việc đòi hỏi rất cao (chân không). Sự ổn định về điện và nhiều thiết bị phụ kiện cũng thật cần thiết. Ngoài ra một công việc hết sức quan trọng cũng đang đƣợc chú ý là xử lý mẫu (đƣờng kính mẫu khoảng 3mm, độ dày nhỏ hơn 100 μm). Quá trình điều khển TEM rất phức tạp nên ngƣời sử dụng cũng phải đƣợc đào tạo kỹ lƣỡng và chuyên nghiệp.
Hình 2.10 Hệ thống kính hiển vi điện tử truyền qua,TEM JEM-1400, Nhật, (Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về Vật liệu Polymer và Composit, ĐH Bá h