在剧院播放电影时，光线是透过胶片的图像传输的。在光束穿透的过程中，光经图像修改，使胶片上的内容得以显示。TEM 的原理与此相同，但它的电子是穿透（透射）超薄样本而达到下面的检测器。使用 TEM，您可以观察到小到单个原子的细节信息，从而以最高的分辨率展示了空前详细的结构信息。随着电子穿透物体，您还可以了解样本的内部结构，而这一点 SEM 无法实现。但是，TEM 只适用于薄到电子能够穿透的样本类型。这一变薄过程颇具技术难度，需要使用额外工具实现。

SEM（左）和 TEM（右）下的细菌图像。SEM 在一个平面上显示了众多细菌（绿色），而 TEM 图像显示了单个细菌的内部结构。

总体而言，TEM 可实现无可比拟的细节程度，但只适用于部分标本类型，且比 SEM 的使用要求更严苛。值得注意的是，诸如 cryo-EM（冷冻电子显微镜）（通常用于观察玻化、无定形状态的生物标本）的更先进技术，已经大幅扩展了 TEM 的功能。特别是，医疗保健行业可从 cryo-EM 目前揭示的分子及细胞级细节和机制信息中获益。

一般来说，如果您想观察相对大片区域，并且只需要了解表面的细节，SEM是您的理想之选。如果您想以近似原子级的分辨率了解细微样本的内部细节，就必须使用TEM。