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首先，電子束與空氣中的分子碰撞，立即衰減消失。因此，電子束的產生和照射必須在真空中進行。

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其次，一般光學系統(tǒng)中使用的玻璃透鏡傳輸電子束，因此為了折射電子束，需要使用施加磁場來聚焦電子束的磁透鏡。

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此類鏡頭的一個特點是光學像差較大，為了改善這一點，它們被設計成較小的數(shù)值孔徑。這使得電子顯微鏡具有較深的焦深，從而可以進行深度的三維觀察。

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標準電子顯微鏡分為兩類：

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1.透射電子顯微鏡 (TEM)

這是一種使電子束穿過樣品并根據(jù)其衰減獲得對比度的方法。為了使電子束能夠通過，必須將樣品厚度調整至極薄。電子射出的強度稱為加速電壓，加速電壓為300 kV時的波長極短，為0.00197 nm，分辨率也為0.1 nm，與源材料的尺寸數(shù)量級。換算成最高放大倍數(shù)時，這是80萬倍，是光學顯微鏡的800倍，可見高分辨率。透射電子顯微鏡觀察穿過樣品的電子，非常適合在極小的區(qū)域觀察樣品的內部結構，例如晶體結構。

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2.掃描電子顯微鏡（SEM）

當在真空中用電子束照射材料時，會發(fā)射二次電子、反射電子、特征X射線等。掃描電子顯微鏡圖像是通過掃描空間聚焦電子束并根據(jù)二次電子和背散射電子信號形成圖像來創(chuàng)建的。由于二次電子是在樣品表面附近產生的，因此二次電子圖像適合觀察樣品上的微小不規(guī)則性。背散射電子是與構成樣品的原子碰撞并被反彈回來的電子，背散射電子的數(shù)量取決于樣品的組成（原子序數(shù)、晶體取向等）。因此，背散射電子圖像適合評估樣品表面的成分分布。

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當電子束擊中樣品時，構成其表面的原子被激發(fā)并發(fā)射電子。此外，還發(fā)射出背散射電子和特征X射線，稱為二次電子，可以通過點掃描獲得發(fā)射的二次電子的強度。