Transmisyjny mikroskop elektronowy (TEM, z ang. transmission electron microscope) – rejestrowane są elektrony przechodzące przez próbkę. Próbką w takim mikroskopie musi być cienka płytka o grubości rzędu setek nanometrów. Przygotowanie takiej próbki jest trudne i znacznie ogranicza zastosowania mikroskopu.
Zasada działania thumb|150px|Uproszczony schemat transmisyjnego mikroskopu elektronowego Najważniejszym elementem transmisyjnego mikroskopu elektronowego jest kolumna mikroskopu (1), która zawiera działo elektronowe (2) wytwarzające (np. w wyniku termoemisji lub emisji polowej) wiązkę elektronów (3). Wstępnie uformowana wiązka elektronów w obszarze pomiędzy katodą (4) i anodą (5) zostaje rozpędzona uzyskując energię: E = eU, gdzie e jest ładunkiem elektronu, a U napięciem między katodą i anodą.
Zwiększenie napięcia pozwala na zwiększenie pędu elektronów, co zmniejsza długości fali. Przykładowo, gdy napięcie przyspieszające U = 300 kV, wtedy długość fali elektronów λ = 0,00197 nm. Dla takiego napięcia prędkość elektronów w kolumnie mikroskopu v = 0,776 c, gdzie c jest prędkością światła w próżni. Aby elektrony mogły przebyć drogę od działa elektronowego do ekranu konieczne jest utrzymywanie w kolumnie bardzo wysokiej próżni.