顯微鏡或者電子顯微鏡利用光學鏡片或者電磁場來偏轉或者聚焦帶能量的“入射粒子”，這些入射粒子束與樣品作用后，會產生各種二次粒子信號。探測其二次粒子的信號，既可以分析材料的結構和各種特性。 顯微鏡是利用可見光子作為入射粒子，采用光學鏡片來偏轉光子傳播方向或者聚焦光束。高倍顯微鏡，也是一種傳統光學顯微鏡，根據瑞利判據，使用很大數值孔徑的光學鏡頭，對微小物體進行高倍放大，一般比較接近可見光學的理論分辨率。

除了理論分辨率限制以外，透鏡系統的像差是制約成像分辨率的主要因素，由于像差的存在，高倍顯微鏡分辨率可以無限接近理論分辨率，卻無法到達。高倍顯微鏡的透鏡系統要求像差很小，需要苛刻的鏡頭加工精度，透鏡系統組裝精度。一般認為，隨著精密度的提高，制造成本按照指數增長。 

電子顯微鏡是利用電子作為入射粒子，通過電磁場來偏轉電子或者聚焦電子束，電子光學和可見光學成像都符合高斯成像規律。電子顯微鏡主要分為透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡。透射電子顯微鏡的光路和光學顯微鏡類似，根據瑞利判據，成像光線的波長成為分辨率基本限制，而1kev能量的電子波波長約等于可見光波長的萬分之一，而一般透射電鏡使用的電子束能量都在幾十Kev到幾百Kev，目前比較好的TEM分辨率比較好的光學顯微鏡提高了近萬倍，達到0.08nm。掃描電鏡成像和光學顯微鏡成像完全不同，電磁透鏡對電子束斑直徑進行縮放，不直接參與到樣品細節的放大縮小，目前好的掃描電鏡分辨率在0.8nm，（注意掃描電鏡和TEM對于分辨率的定義有些不同）。