動作原理

光学顕微鏡と電子顕微鏡のレイアウトは原理的には似ているが、実際には大きく異なっている。 というのは、大気圧の空気中では、電子は通常、それほど長い距離を移動できないからである。 電子顕微鏡の柱はポンプで真空にされ、試料や必要な器具はエアロックで真空に導入される。 光学顕微鏡のようにレンズの焦点が固定され、試料と対物レンズの距離が変化するのとは異なり、電子顕微鏡は可変焦点レンズを持ち、試料と対物レンズの距離とレンズの間隔は一定である。 倍率は主に中間レンズと投射レンズのコイルに流す電流値（磁気レンズの場合）で決まる。 対物レンズのコイルに流す電流を変えることで、像の焦点を合わせる。 もう一つの違いは、光学顕微鏡は通常、画像が仮想的なものであるように操作されるのに対し、電子顕微鏡では最終画像は常に現実的で、蛍光スクリーン上に可視化されるか、従来の装置では写真プレートに、今日の実験室ではより一般的にデジタル画像システム上に研究用に記録されます

光学顕微鏡では画像は標本内の光の吸収により形成され、電子顕微鏡では標本の原子による電子の散乱により画像が生成されます。 重い原子は原子番号の小さい原子より散乱の効果が大きく、重い原子の存在は画像のコントラストを高める。

初期の顕微鏡は静電レンズを使用していたが、現代の装置では電磁レンズを使用している。 これはソレノイドと磁極片で構成され、磁界を作り集中させるものである。 顕微鏡の集光系や投影系に使用されるレンズは、対物レンズと細部が異なるだけである。

電子顕微鏡の分解能を向上させるために、収差の少ない単焦点の集光対物レンズが作られる傾向にある。 このようなレンズでは、上部がコンデンサー、下部が対物レンズとして機能し、試料は軸方向磁場（装置の軸に沿った磁場）が最大となるレンズの中心に挿入される。

すべての電子レンズは、電子ビーム内の波長の変動により球面収差、歪曲、コマ、乱視、視野湾曲、色収差を示す。 このような電子速度の変化は、電子銃への高電圧供給の変動によるものと、電子が試料中の原子と衝突することによるエネルギー損失によるものがある。 前者は高電圧を慎重に安定化させることで最小限に抑えることができ、後者は非常に薄い試料や高い電子エネルギーで使用する場合、通常無視することができる。 顕微鏡の解像力は、最終的には対物レンズの球面収差によって制限される。 磁性電子レンズは常に収束しているため、光学顕微鏡のように対物レンズを追加してこの収差を補正することは不可能である。 電子顕微鏡の非点収差は、レンズの磁場の半径方向成分における円筒対称性からの逸脱によるところが大きく、レンズの構造が不完全であることが原因となっている。 また、電子ビームとカラム内の残留ガス分子との相互作用により、ビーム経路上に堆積物が生じ、それがビームの影響を受けてチャージアップし、非対称性をもたらすことがある。 非点収差は通常、対物レンズに装着されたスティグマータを使用することで完全に補正することができる。