Läpäisyelektronimikroskoopissa (TEM, transmission electron microscope) elektronit kulkevat hyvin ohuen näytteen lävitse vastaavalla tavalla kuin tavallisessa mikroskoopissa. Pyyhkäisyelektronimikroskopiassa (SEM, scanning electron microscopy) voidaan tutkia kolmiulotteisia pintoja. Näyte päällystetään ohuella metallikerroksella, esimerkiksi kullalla. Pinnasta siroavan elektronisuihkun liikkeitä seuraamalla voidaan muodostaa kuva näytteestä.

Myös läpäisyelektronimikroskoopilla pystytään tutkimaan kolmiulotteisia rakenteita. Valmistamalla näytteestä useita peräkkäisiä, hyvin ohuita näyteleikkeitä voidaan kuvista rakentaa kokonaisuus, joka paljastaa näytteen kolmiulotteisen rakenteen.

Modernit menetelmät mahdollistavat yksittäisten molekyylien ja jopa atomien tarkastelun. Röntgenkristallografian ja NMR-spektroskopian avulla voidaan tutkia esimerkiksi proteiinin rakennetta. Atomivoimamikroskopialla (AFM, atomic force microscopy) voidaan kuvata esimerkiksi solukalvon pintaa jopa yksittäisen molekyylin tarkkuudella. Myös valomikroskopia on viime vuosina kokenut uuden nousuvaiheen, kun fluoresenssi-ilmiön avulla pystytään tutkimaan fluoresoivia proteiineja ja muita molekyylejä elävissä soluissa.