Anders als ein optisches Mikroskop verwendet das Elektronenmikroskop zur Untersuchung eines Objektes nicht sichtbares Licht, sondern einen Elektronenstrahl. 

Da die Auflösung eines Mikroskops durch die Wellenlänge begrenzt ist, kann mit lichtoptischen Systemen bestenfalls eine Auflösung von  200 nm erreicht werden, das Elektronenmikroskop kann dagegen  bis zu 0,1 nm Auflösung erreichen.

Neben der gegenüber dem optischen Mikroskop sehr viel besseren Auflösung, bietet das Elektronenmikroskop darüber hinaus Abbildungen mit einer sehr viel größeren Tiefenschärfe, was einen  plastischen Bildeindruck vermittelt und die Interpretation von Details sehr stark erleichtert.

Raps - Pollen (Vergrößerung 1000x)

Die Elektronen des Strahls werden beim Auftreffen auf eine Probe abgebremst, was Übergänge in der atomaren Elektronenstruktur anregt und zur Emission von Röntgenstrahlung führt, die wiederum erfasst und analysiert werden kann und damit eine Aussage über die chemische Zusammensetzung der Probe (Elementanalyse) liefert (siehe auch EDX / EDS).