Tavallinen mikroskoopin tyyppi, jonka saatat löytää luokkahuoneesta tai tiedelaboratoriosta, on optinen mikroskooppi. Optinen mikroskooppi käyttää valoa kuvan suurentamiseen jopa 2000x (yleensä paljon vähemmän) ja sen resoluutio on noin 200 nanometriä. Toisaalta elektronimikroskooppi käyttää kuvan muodostamiseen elektronisuihkun kuin valon sijaan. Elektronimikroskoopin suurennus voi olla jopa 10 000 000 x, resoluutiolla 50 pikometriä (0,05 nanometriä).
Elektronimikroskoopin käytön etuna optiseen mikroskooppiin nähden on paljon suurempi suurennus ja erotuskyky. Haittoja ovat laitteen kustannukset ja koko, erityiskoulutuksen vaatimus näytteiden valmistamiseksi mikroskopiaa varten ja mikroskoopin käyttämiseksi sekä tarve katsoa näytteitä tyhjiössä (vaikka joitain hydratoituja näytteitä voidaan käyttää).
Helpoin tapa ymmärtää elektronimikroskoopin toiminta on verrata sitä tavalliseen valomikroskooppiin. Katsot optisessa mikroskoopissa okulaarin ja linssin läpi nähdäksesi suurennetun kuvan näytteestä. Optisen mikroskoopin asetukset koostuvat näytteestä, linsseistä, valonlähteestä ja kuvasta, jonka voit nähdä.
Elektronimikroskoopissa elektronisuihku korvaa valonsäteen. Näyte on erityisesti valmisteltava, jotta elektronit voivat olla vuorovaikutuksessa sen kanssa. Näytekammion sisällä oleva ilma pumpataan tyhjiön muodostamiseksi, koska elektronit eivät kulje kauas kaasussa. Linssien sijasta sähkömagneettiset kelat kohdistavat elektronisuihkun. Sähkömagneetit taivuttavat elektronisuihkua samalla tavalla kuin linssit taivuttavat valoa. Kuvan on tuottanut elektronit, joten sitä katsotaan joko ottamalla valokuva (elektronimikro) tai katsomalla näytettä näytön kautta.
Elektronimikroskopiaa on kolme päätyyppiä, jotka eroavat kuvan muodostumisen, näytteen valmistelun ja kuvan resoluution mukaan. Näitä ovat siirtonelektronimikroskopia (TEM), skannauselektronimikroskopia (SEM) ja skannaustunnelimikroskopia (STM).
Ensimmäiset keksittyjä elektronimikroskooppeja olivat läpäiseviä elektronimikroskooppeja. TEM: ssä korkeajännitteinen elektronisuihku siirretään osittain erittäin ohuen näytteen läpi kuvan muodostamiseksi valokuvalevylle, anturille tai loisteputken näytölle. Muodostunut kuva on kaksiulotteinen ja mustavalkoinen, tavallaan kuin röntgen. Tekniikan etuna on, että se pystyy suurelle suurennukselle ja resoluutiolle (suunnilleen suuruusluokkaa parempi kuin SEM). Tärkein haittapuoli on, että se toimii parhaiten hyvin ohuilla näytteillä.
Pyyhkäisyelektronimikroskopiassa elektronisuihku skannataan näytteen pinnan yli rasterikuviossa. Kuvan muodostavat sekundaarielektronit, jotka emittoituvat pinnalta, kun ne kiihdyttävät elektronisuihkun avulla. Ilmaisin kartoittaa elektronisignaalit muodostaen kuvan, joka näyttää kentän syvyyden pintarakenteen lisäksi. Vaikka resoluutio on pienempi kuin TEM, SEM tarjoaa kaksi suurta etua. Ensinnäkin se muodostaa kolmiulotteisen kuvan näytteestä. Toiseksi sitä voidaan käyttää paksummissa näytteissä, koska vain pinta skannataan.
Sekä TEM: ssä että SEM: ssä on tärkeää ymmärtää, että kuva ei välttämättä ole tarkka esitys näytteestä. Näyte voi kokea muutoksia sen valmistelun vuoksi mikroskooppi, altistumiselta tyhjiölle tai altistukselle elektronisuihkulle.
Skannaava tunnelimikroskooppi (STM) kuvaa pintoja atomitasolla. Se on ainoa elektronimikroskopian tyyppi, jolla voidaan kuvata yksittäisiä atomia. Sen resoluutio on noin 0,1 nanometriä ja syvyys noin 0,01 nanometriä. STM: ää voidaan käyttää paitsi tyhjiössä myös ilmassa, vedessä ja muissa kaasuissa ja nesteissä. Sitä voidaan käyttää laajalla lämpötila-alueella lähes absoluuttisesta nollasta yli 1000 asteeseen.
STM perustuu kvanttunnelointiin. Sähköä johtava kärki tuodaan näytteen pintaan. Kun jänniteeroa käytetään, elektronit voivat tunkeutua kärjen ja näytteen välillä. Kärjen virran muutos mitataan, kun se skannataan näytteen läpi kuvan muodostamiseksi. Toisin kuin muun tyyppiset elektronimikroskopiat, instrumentti on edullinen ja helppo valmistaa. STM vaatii kuitenkin erittäin puhtaita näytteitä, ja sen hankkiminen voi olla hankalaa.