电子显微镜是利用高速运动的电子束来代替光波的一种显微镜。光学显微镜下只能清楚地观察大于0.2 µm的结构。而小于0.2 µm的结构称为亚显微结构（submicroscopic structures）或超微结构（ultramicroscopic structures；ultrastructures）。要想看清这些更为细微的结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。因此电子显微镜的分辨率远高于光学显微镜，目前可达0.2 nm，放大倍数可达80万倍。

电子显微镜的基本要结构包括镜筒、真空系统和电源柜三部分。镜筒主要由电子枪、电子透镜、样品架、荧光屏和照相机构等部件，自上而下地装配成一个柱体；真空系统包括机械真空泵、扩散泵和真空阀门三部分，并通过抽气管道与镜筒相联接；电源柜由高压发生器、励磁电流稳流器和各种调节控制单元组成。
电子透镜是电子显微镜镜筒中的关键部件。现代电子显微镜大多采用电磁透镜，由稳定的直流励磁电流通过带极靴的线圈产生的强磁场使电子聚焦。
电子枪的作用是发射并形成速度均匀的电子束，由灯丝（阴极）、栅极和阳极（加速极）构成。阴极管发射的电子通过栅极上的小孔形成射线束，经阳极电压加速后射向聚光镜，起到对电子束加速、加压的作用。使用中加速电压的稳定度要求不低于万分之一。
电子显微镜按结构和用途可分为透射式电子显微镜、扫描式电子显微镜、反射式电子显微镜和发射式电子显微镜等。其中生物学研究中使用最为广泛的是透射式和扫描式电子显微镜。前者常用于观察那些用普通显微镜所不能分辨的细微物质结构；后者主要用于观察固体表面的形貌。