Valon aallonpituus antaa alarajan valoa havaitsevan mikroskoopin erottelukyvylle. Jos erottelukykyä halutaan kasvattaa, tulisi käyttää lyhytaaltoisempaa sähkömagneettista säteilyä. Tämä menetelmä kuitenkin tuhoaa helposti näytteen (UV-säteily, röntgensäteily). Elektronimikroskoopissa käytetään valon sijaan elektroneja, jolloin pienin erotettavissa oleva yksityiskohta on elektronien de Broglien aallonpituuden suuruusluokkaa. Ensimmäisen elektronimikroskoopin kehitti saksalainen Ernst Ruska 1931. Alla on kaaviokuva eräästä elektronimikroskooppityypistä.

Mikroskoopissa elektronit kiihdytetään tiettyyn nopeuteen, jonka jälkeen ne kulkevat kohti kuvattavaa kohdetta. Elektronisuihkua tulee kohdistaa ja suunnata samoin kuin tavallisessa mikroskoopissa valoa, jolle käytetään esim. lasista valmistettuja linssejä. Elektroneille suuntaus tehdään magneetti- ja sähkökentillä, jotka toimivat sähkömagneettisina linsseinä. Kohteeseen osuessaan elektronit siroavat, ja sironneet elektronit havaitaan kamerana toimivalla ilmaisimella.

Elektronimikroskoopin erotuskyky on sitä parempi, mitä pienempi elektronien de Broglien aallonpituus on. Aallonpituutta ei voida kuitenkaan pienentää rajattomasti. Aallonpituuden pienentäminen vaatii nopeuden kasvattamista, jolloin myös elektronien energia kasvaa. Suurienergiset elektronit alkavat vaurioittaa kuvattavaa kohdetta osuessaan siihen.