A ampliação superior dos microscópios eletrônicos de transmissão permitiu pesquisadores observar o mundo, testar teorias existentes e descobrir novas leis da física de estruturas no nível atômico. Em biologia, visões mais detalhadas e informativas de células, seu funcionamento e componentes permitem maior compreensão do mundo biológico. Estruturas cristalinas de compostos químicos e formação de suas ligações podem ser facilmente observadas por pesquisadores de química. Microscópios eletrônicos de transmissão também tornam possíveis novas descobertas sobre superfícies de estruturas e organismos microscópicos nelas.
Fornecem visões das mais finas estruturas celulares. Biólogos e profissionais médicos usam-nos para observar e detectar detalhes no corpo inobserváveis com microscópio óptico. Exemplo: estudo de condrócitos em cartilagem óssea. Condrócitos aparecem amorfos e bolhosos sob microscópio óptico, mas revelam-se matriz de matéria orgânica dura.
Microscópios eletrônicos e de varredura são úteis em perícia, revelando presença de material em evidências indetectável de outra forma. Evidências traço podem ser tão minúsculas a escapar detecção, mas, quando ampliadas, revelam características de composição elemental que ligam evidência a vítima, perpetrador ou outra evidência. Exame de resíduo de tiro dessa maneira é crítico para identificação da pólvora usada.
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