透射電子顯微鏡是把經(jīng)加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像。通常，透射電子顯微鏡的分辨率為0.1～0.2nm，放大倍數(shù)為幾萬～百萬倍，用于觀察超微結(jié)構(gòu)，即小于0.2µm、光學(xué)顯微鏡下無法看清的結(jié)構(gòu)，又稱“亞顯微結(jié)構(gòu)”。

透射電子顯微鏡的成像原理可分為三種情況：

1. 吸收像：當(dāng)電子射到質(zhì)量、密度大的樣品時(shí)，主要的成相作用是散射作用。樣品上質(zhì)量厚度大的地方對電子的散射角大，通過的電子較少，像的亮度較暗。早期的透射電子顯微鏡都是基于這種原理。

2. 衍射像：電子束被樣品衍射后，樣品不同位置的衍射波振幅分布對應(yīng)于樣品中晶體各部分不同的衍射能力，當(dāng)出現(xiàn)晶體缺陷時(shí)，缺陷部分的衍射能力與完整區(qū)域不同，從而使衍射缽的振幅分布不均勻，反映出晶體缺陷的分布。

3. 相位像：當(dāng)樣品薄至100Å以下時(shí)，電子可以傳過樣品，波的振幅變化可以忽略，成像來自于相位的變化。

透射電子顯微鏡的組件:

1. 電子槍：發(fā)射電子，由陰極、柵極、陽極組成。陰極管發(fā)射的電子通過柵極上的小孔形成射線束，經(jīng)陽極電壓加速后射向聚光鏡，起到對電子束加速、加壓的作用。

2. 聚光鏡：將電子束聚集，可用已控制照明強(qiáng)度和孔徑角。

3. 樣品室：放置待觀察的樣品，并裝有傾轉(zhuǎn)臺(tái)，用以改變試樣的角度，還有裝配加熱﹑冷卻等設(shè)備。

4. 物鏡：為放大率很高的短距透鏡，作用是放大電子像。物鏡是決定透射電子顯微鏡分辨能力和成像質(zhì)量的關(guān)鍵。

5. 中間鏡：為可變倍的弱透鏡，作用是對電子像進(jìn)行二次放大。通過調(diào)節(jié)中間鏡的電流﹐可選擇物體的像或電子衍射圖來進(jìn)行放大。

6. 透射鏡：為高倍的強(qiáng)透鏡，用來放大中間像后在熒光屏上成像。

7. 此外還有二級(jí)真空泵來對樣品室抽真空、照相裝置用以記錄影像。

透射電子顯微鏡在材料科學(xué)、生物學(xué)上應(yīng)用較多。由于電子易散射或被物體吸收，故穿透力低，樣品的密度、厚度等都會(huì)影響到最后的成像質(zhì)量，必須制備更薄的超薄切片，通常為50～100nm。所以用透射電子顯微鏡觀察時(shí)的樣品需要處理得很薄。常用的方法有：超薄切片法、冷凍超薄切片法、冷凍蝕刻法、冷凍斷裂法等。對于液體樣品，通常是掛預(yù)處理過的銅網(wǎng)上進(jìn)行觀察。