在微观世界的探索中，光学显微镜的分辨率已达到其极限，即0.2微米，而电子显微镜的技术突破使得其能达成更惊人的0.2纳米分辨率。此技术使拍摄直径仅为0.1纳米的原子影像成为可能。
电子显微镜诞生于上个世纪的三十年代，当时为了在医学领域更好地研究那些光学显微镜无法捕捉的病原体，这一性的工具应运而生。从外观上看，它像是一个长筒形的设备，内部维持着高真空状态。其工作原理是通过长筒顶部发出的电子束来照亮样本，这些电子束携带样本的图像信息，最终投射在荧光屏或照相干板上，从而实现了对样品的高倍放大观察。
电子显微镜可谓是光学显微镜的进化版。它以电子束替代了光来进行成像，而电子束与光都具备波粒二象性。当调整出适当的电子束波长时，能够显著提升电子束的成像分辨率，这一点光学显微镜是无法匹敌的。
那么，常用的扫描电子显微镜是如何工作的呢？
此类型显微镜的顶部设有一把“电子枪”。这把枪由一个带小孔的正极和一个带钨丝的负极构成，它们之间产生高电压以形成电场。当钨丝负极通电时，会释放出电子，这些电子在电场力的作用下加速飞向正极，并通过小孔逃离，形成关键的电子束。这便是显微镜的“光源”部分。
为了达到最高的分辨率，电子枪的电压通常需保持在5至10万伏之间，从而产生波长极短的电子束——千分之五纳米级。正是这样的短波长使得显微镜能够实现高达300万倍的惊人放大倍率。
发出的电子束是发散光，需通过电磁透镜进行聚焦以形成汇聚光线。实际上，电磁透镜就是一个通电的线圈，它产生磁场，使穿过其中的电子束在洛仑兹力的作用下改变方向、形成汇聚光线。汇聚后的电子束再次经过另一个电磁透镜的聚焦，精准照射在被观察样本的特定小区域上。
激发了样本内次级电子的入射电子使这一小区域的样本发光。这些散来的次级电子最终在旁边的荧光屏上描绘出被照射区域的图像。若要观察整个样品，需调节物镜的电磁场以控制电子束的偏转，使电子束焦点逐行扫描样本。如此一来，旁边的荧光屏上便逐渐呈现出完整的样品表面立体图像。