Kính hiển vi điện tử sử dụng các điện tử tốc độ cao trong chân không để tạo hình ảnh của các mẫu. Vì các điện tử có bước sóng nhỏ hơn nhiều so với ánh sáng nên kính hiển vi điện tử có độ phân giải lớn hơn kính hiển vi ánh sáng.
Kính hiển vi điện tử truyền qua là sự đổi mới sớm nhất trong kính hiển vi điện tử. Trong kính hiển vi điện tử truyền qua, một chùm điện áp cao của các điện tử đi qua một mẫu vật. Một số electron đi qua chùm tia trong khi một số phân tán ra xa. Các điện tử nổi lên mang thông tin về cấu trúc của mẫu vật, và vật kính của kính hiển vi sẽ phóng đại thông tin này. Màn hình xem hoặc tấm chụp ảnh thu thập thông tin dưới dạng hình ảnh.
Kính hiển vi điện tử quét sử dụng một chùm điện tử để thăm dò và quét một phần hình chữ nhật của một mẫu. Khi chùm điện tử tương tác với mẫu vật, nó sẽ mất năng lượng dưới dạng nhiệt, ánh sáng hoặc tia X mang thông tin về cấu trúc bề mặt của mẫu vật. Bởi vì các electron của kính hiển vi điện tử quét quét bề mặt thay vì đi qua mẫu vật, kính hiển vi quét có thể hình ảnh các mẫu vật dày hơn nhiều so với kính hiển vi điện tử truyền qua, thậm chí có thể quét toàn bộ sinh vật. Kính hiển vi điện tử quét mang lại hình ảnh ba chiều về động vật chân đốt và vi khuẩn.
Hạn chế chính của kính hiển vi điện tử là không có khả năng nghiên cứu các sinh vật sống. Kính hiển vi ánh sáng mang lại thông tin tuyệt vời về sự di chuyển của vi sinh vật, nhưng độ chân không cần thiết của kính hiển vi điện tử ngăn cản việc nghiên cứu bất cứ thứ gì sống. Ngoài ra, kính hiển vi điện tử truyền qua thường yêu cầu mẫu vật phải ở dạng mặt cắt rất mỏng.
