穿透式电子显微镜使用钨丝来发射电子束(热游离)，当电子束穿透物体时，电子受到物体原子排列的影响而散射，最后投影在投影银幕上，我们可以由电子束在投影银幕上的二维投影图，反过来推算物体原子的三维结构与结晶情形。使用穿透式电子显微镜必须让电子束可以“穿透”试片，因此在观察之前必须先将试片加工研磨成小于200nm(纳米)的厚度才行，如何将试片研磨到这么薄又不破坏物体原有的结构是非常困难的事，将电子束在投影银幕上的二维投影图送入电子束侦测器，穿透式电子显微镜(TEM)的分辨率很高，可以用来观察大约10nm(纳米)的结构，而且可以分辨不同材料组成的平面物体，也可以观察物体的横截面。