SEM, abbreviazione di microscopia elettronica a scansione, utilizza un fascio di elettroni estremamente focalizzato per analizzare la superficie di un campione, mentre TEM, abbreviazione di microscopia elettronica a trasmissione, passa gli elettroni attraverso un campione. L'immagine formato in entrambi i casi dipende dalle interazioni tra il campione e gli elettroni incidenti.
Gli elettroni generati per entrambi i tipi di microscopio elettronico sono generati da un cannone elettronico. Le pistole termoioniche riscaldano un filo metallico a temperature sufficienti per la ionizzazione, quindi attraggono e accelerano gli elettroni usando un potenziale elettrico elevato e positivo. Le pistole a emissione di campo estraggono elettroni direttamente da un metallo freddo o da un campione di ceramica, utilizzando un campo elettrico elevato in combinazione con un ultra-alto vuoto. Le pistole a emissione di campo offrono una maggiore luminosità del fascio, migliorando la qualità dell'immagine finale. Gli elettroni vengono quindi focalizzati usando lenti condensatore, che usano potenti elettromagneti per focalizzare gli elettroni in un piccolo punto. Nella microscopia elettronica a scansione, la lente obiettivo precede il campione nel percorso del fascio, eseguendo la messa a fuoco finale del raggio sulla superficie del campione. Nella microscopia elettronica a trasmissione, il raggio attraversa il campione ed è ingrandito da una lente obiettiva che subentra al campione nel percorso del raggio. I microscopi elettronici a scansione dispongono anche di scanner raster per deviare e scansionare il raggio sulla superficie del campione.
