电子显微镜是使用电子来展示物件的内部或表面的显微镜。高速的电子波长比可见光的波长短（波粒二象性），而显微镜的分辨率受其使用的波长的限制。因此电子显微镜的分辨率（约0.1纳米）远高于光学显微镜的分辨率（约200纳米），所以通过电子显微镜就能用肉眼直接观察到某些重金属的原子和晶体中排列整齐的原子点阵。
电子显微镜主要由下面五部分组成：
（1）电子源。是一个释放自由电子的阴极，一个环状的阳极加速电子。阴极和阳极之间的电压差必须非常高，一般在数千伏到三百万伏之间。
（2）电子透镜。用来聚焦电子。一般使用的是磁透镜，有时也有使用静电透镜的。电子透镜的作用与光学显微镜中的光学透镜的作用是一样的。光学透镜的焦点是固定的，而电子透镜的焦点可以被调节，因此电子显微镜不像光学显微镜那样有可以移动的透镜系统。
（3）真空装置。用以保障显微镜内的真空状态，这样电子在其路径上不会被吸收或偏向。
（4）样品架。样品可以稳定地放在样本架上。此外往往还有可以用来改变样品（如移动、转动、加热、降温、拉长等）的装置。
（5）探测器。用来收集电子的信号或次级信号。
显微镜经历了几十年的变迁，才有了今天的电子显微镜。
1926年汉斯·布什研制了第一个磁力电子透镜。1931年厄恩斯特·卢斯卡和马克斯·克诺尔研制了第一台透视电子显微镜。展示这台显微镜时使用的还不是透视的样本，而是一个金属格。1986年卢斯卡因此获得诺贝尔物理学奖。1938年他在西门子公司研制了第一台商业电子显微镜。
1934年锇酸被提议用来加强图像的对比度。1937年第一台扫描透射电子显微镜推出。一开始研制电子显微镜最主要的目的是显示在光学显微镜中无法分辨的病原体，如病毒等。
20世纪60年代，投射电子显微镜的加速电压越来越高，以用来透视越来越厚的物质。这个时期电子显微镜达到了可以分辨原子的能力。
20世纪80年代，人们能够使用扫描电子显微镜观察湿样本。90年代，电脑越来越多地用来分析电子显微镜的图像，同时使用电脑也可以控制越来越复杂的透镜系统，同时电子显微镜的操作越来越简单。
电子显微镜按结构和用途可分为透射式电镜、扫描式电镜、反射式电镜和发射式电镜等。透射式电镜常用于观察那些用普通显微镜所不能分辨的细微物质结构。扫描式电镜主要用于观察固体表面的形貌，也能与X射线衍射仪或电子能谱仪相结合构成电子微探针，用于物质成分分析。发射式电镜用于自发射电子表面的研究。
透射电镜和扫描电镜是最常用的两种仪器。
透射电镜是以电子束透过样品经过聚焦与放大后所产生的物像，投射到荧光屏上或照相底片上进行观察。透射电镜的分辨率为0.1～0.2纳米，放大倍数为几万至几十万倍。由于电子易散射或被物体吸收，故穿透力低，必须制备更薄的超薄切片（通常为50～100纳米）。其制备过程与石蜡切片相似，但要求极为严格。要在机体死亡后的数分钟取材，组织块要小（1立方毫米以内），常用戊二醛和锇酸进行双重固定树脂包埋，用特制的超薄切片机切成超薄切片，再经醋酸铀和柠檬酸铅等进行电子染色。
电子束投射到样品时，可随组织构成成分的密度不同而发生相应的电子发射，如电子束投射到质量大的结构时，电子被散射的多，因此投射到荧光屏上的电子少而呈暗像，电子照片上则呈黑色。称电子密度高。反之，则称电子密度低。
扫描电镜是用极细的电子束在样品表面扫描，将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信号运送到显像管，在荧光屏上显示物体。（细胞、组织）表面的立体构象，可摄制成照片。
扫描电镜样品用戊二醛和饿酸等固定，经脱水和临界点干燥后，再与样品表面喷镀薄层金膜，以增加二波电子数。扫描电镜能观察较大的组织表面结构，由于它的景深长，能够使1毫米左右的凹凸不平面清晰成像，故扫描出的样品图像具有立体感。
显微镜是一种用途很广的光学仪器。显微镜在医学上的广泛运用，使得人们得以深入观察物体的微细结构，从而促进了近代组织学、微生物学、胚胎学和病理学的建立和发展。此外，它在国防工业、机械工业，特别是在精密机械工业上的作用越来越显得重要，是现代的机械制造厂不可缺少的工具。在实现我国农业、工业、国防和科学技术现代化的进程中，显微镜的作用将会更大，同时显微镜也会在这一进程中不断完善和获得更快的发展。