กล้องจุลทรรศน์ที่ใช้อิเล็กตรอนที่ผ่านความต่างศักย์ไฟฟ้าแรงสูง ทำให้อิเล็กตรอน
มีอัตราเร็วเข้าใกล้อัตราเร็วแสง จนอิเล็กตรอนแสดงสมบัติของคลื่นตามหลักของฟิสิกส์ควอนตัม
โดยมีความยาวคลื่นเดอบรอยล์ที่สั้นกว่าความยาวคลื่นแสงในช่วงที่ตามองเห็น (visible light) มาก
และควบคุมการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ทำให้สามารถใช้ส่องวัตถุ
หรืออนุภาคที่มีขนาดเล็กด้วยกำลังขยายที่สูงกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงมาก
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมี 2 ชนิด ได้แก่ กล้องจุลทรรศน์แบบส่องผ่าน (transmission electron microscope หรือ TEM)
และ กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราด (scanning electron microscope หรือ SEM)