กล้องจุลทรรศน์ที่ใช้อิเล็กตรอนที่ผ่านความต่างศักย์ไฟฟ้าแรงสูงตั้งแต่ 40 ถึง 400 กิโลโวลต์
ทำให้อิเล็กตรอนมีอัตราเร็วตั้งแต่ 0.37 ถึง 0.83 เท่าของอัตราเร็วแสง จนอิเล็กตรอนแสดงสมบัติของคลื่น
ตามหลักของฟิสิกส์ควอนตัม โดยมีความยาวคลื่นเดอบรอยล์ตั้งแต่ 6.0 จนถึง 1.6 พิโกเมตร
และสามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก
อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ผ่านและสะท้อนกับวัตถุที่มีขนาดน้อยกว่า 50 พิโกเมตร
ทำให้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านสามารถมีกำลังขยายได้ถึงประมาณ 50 ล้านเท่า