Maksymalne powiększenie uzyskane przy użyciu mikroskopu optycznego to 2000×, natomiast EM umożliwiają osiągnięcie powiększenia rzędu nawet 3 000 000×.
W skład standardowego mikroskopu elektronowego wchodzą: działo elektronowe układ soczewek elektromagnetycznych (kondensor, cewki skanujące/odchylające) obiektyw detektory układ przetwarzający zebraną informację układ pomp wytwarzających próżnię
Do zwizualizowania obiektu o danej wielkości lub dwóch obiektów oddalonych od siebie o jakąś odległość, trzeba użyć promieniowania elektromagnetycznego o fali krótszej niż ta odległość. Zatem do badań poszczególnych atomów, należy użyć fali o długości krótszej niż 1 Å, co wyklucza wykorzystanie światła widzialnego, które charakteryzuje się długością fali w przedziale 380–750 nanometrów (10−9 m). Elektronów natomiast używa się dlatego, iż odpowiadająca tym cząstkom długość fali (przy takim napięciu przyspieszającym) wynosi 0,2 Å.
Występują dwa główne typy mikroskopów elektronowych – mikroskop elektronowy transmisyjny (TEM – Transmission electron microskopy) i mikroskop elektronowy skaningowy (SEM – scanning electron microscopy).