透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。它由电子光学系统（镜筒）、电源和控制系统、真空系统三部分组成。

图1显微镜原理对比图

a)透射电子显微镜 b) 透射光学显微镜

电子枪发射的电子在阳极加速电压的作用下，高速地穿过阳极孔，被聚光镜会聚成很细的电子束照明样品。因为电子束穿透能力有限，所以要求样品做得很薄，观察区域的厚度在200nm左右。由于样品微区的厚度、平均原子序数、晶体结构或位向有差别，使电子束透过样品时发生部分散射，其散射结果使通过物镜光阑孔的电子束强度产生差别，经过物镜聚焦放大在其像平面上，形成第一幅反映样品微观特征的电子像。然后再经中间镜和投影镜两级放大，投射到荧光屏上对荧光屏感光，即把透射电子的强度转换为人眼直接可见的光强度分布，或由照相底片感光记录，从而得到一幅具有一定衬度的高放大倍数的图像。

为了确保显微镜的高分辨率，镜筒要有足够的刚度，一般做成直立积木式结构，顶部是电子枪，接着是聚光镜、样品室、物镜、中间镜、和投影镜，最下部是荧光屏和照相室。这样既便于固定，又有利于真空密封。

为了确保电子枪电极间电绝缘；减缓阴极（俗称灯丝，由钨丝或六硼化镧LaB₆制作，直径（0.1～0.15mm）的氧化，提高其使用寿命；防止成像电子在镜筒内受气体分子碰撞而改变运动轨迹；减少样品污染，镜筒内凡是接触电子束的部分（包括照相室）均需保持高真空，一般优于1.33×10^－2～1.33×10^-4Pa。