Khả năng phân giải không gian của hệ kính hiển vi được định nghĩa là khoảng cách nhỏ nhất giữa hai điểm mà khi tạo ảnh, ta vẫn có thể nhận ra và phân biệt được hai điểm đó. Trong kính hiển vi SEM, khả năng này không chỉ phụ thuộc vào bước sóng của điện tử, kích thước nguồn phát xạ điện tử, đường
kính điểm hội tụ của chùm điện tử mà còn phụ thuộc vào hệ thống thấu kính điện từ và tương tác giữa chùm điện tử với mẫu.
Dòng thấu kính hội tụ
Dòng điện trong thấu kính hội tụ sẽ làm thay đổi đường kính chùm điện tử quét trên mẫu, thông tin thu được sẽ chi tiết hơn khi chùm điện tử có kích thước điểm hội tụ nhỏ hơn quét trên cùng một diện tích. Tăng dòng thấu kính hội tụ sẽ làm cho kích thước điểm hội tụ nhỏ hơn và nói chung sẽ cho khả năng phân giải tốt hơn.
Việc dùng dòng thấu kính hội tụ cao hơn tuy đạt được khả năng phân giải tốt hơn nhưng lại gây ảnh hưởng xấu lên dòng chùm điện tử tới hay số điện tử tới để tương tác với mẫu. Tăng dòng thấu kính hội tụ sẽ làm giảm dòng chùm điện tử tới (hình 2.10), tức là có ít điện tử tương tác với mẫu hơn, do đó số điện tử thứ cấp và điện tử tán xạ ngược phát ra cũng ít hơn. Các tín hiệu này có thể được tăng cường để bù lại việc dòng chùm thấp nhưng việc làm này lại làm tăng nhiễu điện. Do nhiễu điện tăng sẽ làm giảm tỷ số giữa tín hiệu và nhiễu, gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng của ảnh cuối cùng. Vì vậy cần tìm ra giải pháp cân bằng giữa kích thước điểm hội tụ và dòng chùm điện tử tới.
Stigmatism
Khi chiếu chùm điện tử hội tụ lên mẫu, nếu tiết diện điểm hội tụ của chùm điện tử không tròn mà có dạng elip, các tín hiệu điện tử thứ cấp sinh ra được thu bởi detector và được thể hiện bằng một điểm tròn trên màn hình hoặc trên ảnh. Hiện tượng này gọi là stigmatism, một khuyết tật hay gặp ở thấu kính điện từ, do tính bất đối xứng trục về mặt cường độ từ trường của thấu kính, làm giảm khả năng phân giải của hệ SEM. Khi làm việc với DOF lớn, mẫu sẽ được quét luân phiên tại những vị trí trên và dưới mặt phẳng hội tụ, có thể dễ dàng nhận ra vết nhòe trên ảnh theo hai hướng khác nhau do hiện tượng stimatism gây ra. Để giảm ảnh hưởng xấu này cần tạo thêm một trường có cường độ xác định theo một hướng thích hợp để chống lại sự bất đối xứng. Thiết bị như vậy có tên là stigmator thường được lắp trong các thấu kính hội tụ hoặc thấu kính vật. Stigmator sẽ điều chỉnh sự méo elip của điểm hội tụ quét trên bề mặt mẫu.
Cầu sai (spherical aberration)
Trong thấu kính điện từ, các điện tử chuyển động gần trục ít bị khúc hơn các điện tử chuyển động gần vùng biên của thấu kính. Các điện tử giao nhau tại nhiều điểm khác nhau, kết quả là điểm hội tụ mở rộng và ảnh không sắc nét.
Hiện tượng này gọi là cầu sai, sinh ra do dạng hình học từ trường của thấu kính điện từ. Cầu sai có thể làm giảm phân giải của hệ. Có thể giảm ảnh hưởng của cầu sai bằng cách sử dụng khẩu độ nhỏ để chặn bớt những điện tử ngoại biên kết hợp với tăng dòng thấu kính hội tụ.