Um microscópio eletrônico de transmissão (TEM) funciona como um microscópio de luz, mas usa elétrons. Microscópios de luz são limitados em ampliação porque usam luz como meio. Como TEMs usam elétrons, que têm comprimento de onda menor, alcançam resoluções muito maiores. São ferramentas para pesquisa médica e biológica, mas também extremamente úteis em nanotecnologia, pois visualizam informações estruturais menores que um nanômetro.
Em topografia, TEMs observam características de superfície e como se relacionam com propriedades da amostra. Em morfologia, analisam forma e tamanho de partículas e sua relação com propriedades como resistência e reatividade. Também verificam composição da amostra e estudam ponto de fusão e dureza. Por fim, obtêm informação cristalográfica, o arranjo dos átomos em relação a condutividade e propriedades elétricas.
A Real Academia Sueca de Ciências concedeu o Nobel de Física de 1986 ao Professor Ernst Ruska por seu trabalho em óptica eletrônica, e aos Drs. Gerd Binning e Heinrich Rohrer pelo microscópio de tunelamento de varredura. Ruska também projetou o primeiro microscópio eletrônico. O microscópio eletrônico impulsionou biologia, medicina e nanotecnologia.
Um TEM pode ampliar amostra até 50 milhões de vezes. Acessórios adicionais dão capacidade de estudar estrutura cristalina, eletrônica e química. TEMs vêm com filtros de energia, espectrômetros dispersivos de energia de raios X, espectrômetros de perda de energia de elétrons e sistemas de gravação digital. Podem ter tecnologia holográfica para melhorar resolução de mapeamento químico.
Quando em uso, fonte de luz no topo emite elétrons. Estes viajam através de vácuo no centro da coluna do microscópio. Lentes eletromagnéticas focam os elétrons em feixe fino que atravessa a amostra. Elétrons dispersos pela densidade da amostra chegam ao fundo, passando por tela fluorescente. A escuridão das imagens relaciona-se à densidade da amostra.
Embora poderosos, a coleta de amostras pode ser difícil. As amostras devem ser "eletronicamente transparentes" — fatiadas tão finas que elétrons passem adequadamente. O processamento é demorado e difícil, podendo danificar a amostra. No caso de espécimes biológicos, há questionamentos sobre precisão devido a possível dano por bombardeamento de elétrons.
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