隨著人們對微觀世界不斷的探索，顯微鏡發揮著 不可取代的地位。世上最早的顯微鏡是在1590年發明 的，17世紀發明了光學顯微鏡，18世紀藉助顯微鏡發現 了細胞。但光學顯微鏡的放大倍率，其實是受限於可 見光的「波長」，當被觀察的物體比可見光的波長還 要小時，我們就無法清楚地鑑別。這使人們沒法再進 一步探索一個更細微的世界。直到本領更強的電子顯 微鏡出現，微觀世界的面貌，才能更進一步的發掘。
電子顯微鏡和光學顯微鏡最大的不同，在於光學顯 微鏡以「可見光」為光源，由透鏡組將影像放大。而 電子顯微鏡則以「電子束」，由「磁場」來作「透 鏡」來「折射」電子束。 電子於1897年由英國人J.J.Thomson發現，到量子力學的出現，提出電子波質二元論的理論，即電子既然 有粒子的特性，亦有波動的特性，所以電子亦應該有繞射現象；1927年美國 Davisson 和 Germer 兩氏以電子 繞射實驗證實了電子的波性。 1927年德國Busch實驗發現可藉電磁場聚焦電子，產生放大作用。電磁場對電子之作用與光學透鏡對光 波之作用非常相似，因而發展出電磁透鏡。1932年德國的Bruche和Johannson製出第一部電場型穿透式電子 顯微鏡，1934年Ruska氏在實驗室製作第一部磁場型穿透式電子顯微鏡 (transmission electron microscope，TEM )。1938年，第一部商業發售的電子顯微鏡問世。在1940年代，TEM的其分辨率(resolving power)約在l0 nm左右(一億分之一米)，放大倍率達250000倍。
為什麼電子顯微鏡的放大倍率會較光學顯微鏡大呢？如前所說，當物體比可見光的波長還要小時，光 學顯微鏡便無法使用。電子顯微鏡則利用高能量射出波長較短的電子波，因此放大倍率大大提高。
掃描式電子顯微鏡 (scanning electron microscope，SEM) 原理的提出與發展，約與TEM同時。但到 1964年，第一台商售SEM才問世。由於SEM為研究物體表面結構及成份的利器，成像及使用較容易，此外 還有許多其他優點，目前已被廣泛的使用；同時，SEM亦廣泛的應用於生物學及醫學上。
目前，更先進的「穿燧式電子顯微鏡」或「場發射顯微鏡」更可以用來觀察原子(原子的尺寸約100億 分之一米左右)。
隨著計算机芯片的線路已細小到原子尺度，為能夠更為清晰地觀察制造半導体芯片的材料的細節，最 近IBM和Nion公司的研究人員已經開發出一种分辨率創歷史新記錄的電子顯微鏡，這台電子顯微鏡可以把 電子束聚焦到1納米的75,000分之一，這一尺度甚至比單個氫原子的尺度還要小。用這种電子顯微鏡可以更 深入地觀察原子的細節，看原子在不同環境下是如何相互作用的，使科學家能夠看到電子材料的細節，更 為詳盡地了解電子材料的性能。