電子顯微鏡是使用電子來展示物件的內部或表麵的顯微鏡。高速的電子波長比可見光的波長短（波粒二象性），而顯微鏡的分辨率受其使用的波長的限製。因此電子顯微鏡的分辨率（約0.1納米）遠高於光學顯微鏡的分辨率（約200納米），所以通過電子顯微鏡就能用肉眼直接觀察到某些重金屬的原子和晶體中排列整齊的原子點陣。
電子顯微鏡主要由下麵五部分組成：
（1）電子源。是一個釋放自由電子的陰極，一個環狀的陽極加速電子。陰極和陽極之間的電壓差必須非常高，一般在數千伏到三百萬伏之間。
（2）電子透鏡。用來聚焦電子。一般使用的是磁透鏡，有時也有使用靜電透鏡的。電子透鏡的作用與光學顯微鏡中的光學透鏡的作用是一樣的。光學透鏡的焦點是固定的，而電子透鏡的焦點可以被調節，因此電子顯微鏡不像光學顯微鏡那樣有可以移動的透鏡係統。
（3）真空裝置。用以保障顯微鏡內的真空狀態，這樣電子在其路徑上不會被吸收或偏向。
（4）樣品架。樣品可以穩定地放在樣本架上。此外往往還有可以用來改變樣品（如移動、轉動、加熱、降溫、拉長等）的裝置。
（5）探測器。用來收集電子的信號或次級信號。
顯微鏡經曆了幾十年的變遷，才有了今天的電子顯微鏡。
1926年漢斯·布什研製了第一個磁力電子透鏡。1931年厄恩斯特·盧斯卡和馬克斯·克諾爾研製了第一台透視電子顯微鏡。展示這台顯微鏡時使用的還不是透視的樣本，而是一個金屬格。1986年盧斯卡因此獲得諾貝爾物理學獎。1938年他在西門子公司研製了第一台商業電子顯微鏡。
1934年鋨酸被提議用來加強圖像的對比度。1937年第一台掃描透射電子顯微鏡推出。一開始研製電子顯微鏡最主要的目的是顯示在光學顯微鏡中無法分辨的病原體，如病毒等。
20世紀60年代，投射電子顯微鏡的加速電壓越來越高，以用來透視越來越厚的物質。這個時期電子顯微鏡達到了可以分辨原子的能力。
20世紀80年代，人們能夠使用掃描電子顯微鏡觀察濕樣本。90年代，電腦越來越多地用來分析電子顯微鏡的圖像，同時使用電腦也可以控製越來越複雜的透鏡係統，同時電子顯微鏡的操作越來越簡單。
電子顯微鏡按結構和用途可分為透射式電鏡、掃描式電鏡、反射式電鏡和發射式電鏡等。透射式電鏡常用於觀察那些用普通顯微鏡所不能分辨的細微物質結構。掃描式電鏡主要用於觀察固體表麵的形貌，也能與X射線衍射儀或電子能譜儀相結合構成電子微探針，用於物質成分分析。發射式電鏡用於自發射電子表麵的研究。
透射電鏡和掃描電鏡是最常用的兩種儀器。
透射電鏡是以電子束透過樣品經過聚焦與放大後所產生的物像，投射到熒光屏上或照相底片上進行觀察。透射電鏡的分辨率為0.1～0.2納米，放大倍數為幾萬至幾十萬倍。由於電子易散射或被物體吸收，故穿透力低，必須製備更薄的超薄切片（通常為50～100納米）。其製備過程與石蠟切片相似，但要求極為嚴格。要在機體死亡後的數分鍾取材，組織塊要小（1立方毫米以內），常用戊二醛和鋨酸進行雙重固定樹脂包埋，用特製的超薄切片機切成超薄切片，再經醋酸鈾和檸檬酸鉛等進行電子染色。
電子束投射到樣品時，可隨組織構成成分的密度不同而發生相應的電子發射，如電子束投射到質量大的結構時，電子被散射的多，因此投射到熒光屏上的電子少而呈暗像，電子照片上則呈黑色。稱電子密度高。反之，則稱電子密度低。
掃描電鏡是用極細的電子束在樣品表麵掃描，將產生的二次電子用特製的探測器收集，形成電信號運送到顯像管，在熒光屏上顯示物體。（細胞、組織）表麵的立體構象，可攝製成照片。
掃描電鏡樣品用戊二醛和餓酸等固定，經脫水和臨界點幹燥後，再與樣品表麵噴鍍薄層金膜，以增加二波電子數。掃描電鏡能觀察較大的組織表麵結構，由於它的景深長，能夠使1毫米左右的凹凸不平麵清晰成像，故掃描出的樣品圖像具有立體感。
顯微鏡是一種用途很廣的光學儀器。顯微鏡在醫學上的廣泛運用，使得人們得以深入觀察物體的微細結構，從而促進了近代組織學、微生物學、胚胎學和病理學的建立和發展。此外，它在國防工業、機械工業，特別是在精密機械工業上的作用越來越顯得重要，是現代的機械製造廠不可缺少的工具。在實現我國農業、工業、國防和科學技術現代化的進程中，顯微鏡的作用將會更大，同時顯微鏡也會在這一進程中不斷完善和獲得更快的發展。