透射电子显微镜的成像原理可分为三种情况：
吸收像：当电子射到质量、密度大的样品时，主要的成相作用是散射作用。样品上质量厚度大的地方对电子的散射角大，通过的电子较少，像的亮度较暗。早期的透射电子显微镜都是基于这种原理。
衍射像：电子束被样品衍射后，样品不同位置的衍射波振幅分布对应于样品中晶体各部分不同的衍射能力，当出现晶体缺陷时，缺陷部分的衍射能力与完整区域不同，从而使衍射波的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。
相位像：当样品薄至100?以下时，电子可以穿过样品，复眼透射电镜检测技术服务，波的振幅变化可以忽略，成像来自于相位的变化。
可进行综合分析。装上波长色散X射线谱仪（WDX）或能量色散X射线谱仪（EDX），使具有电子探针的功能，也能检测样品发出的反射电子、X射线、阴极荧光、透射电子、俄歇电子等。把扫描电镜扩大应用到各种显微的和微区的分析方式，显示出了扫描电镜的多功能。另外，还可以在观察形貌图象的同时，对样品任选微区进行分析；装上半导体试样座附件，通过电动势象放大器可以直接观察晶体管或集成电路中的PN结和微观缺陷。由于不少扫描电镜电子探针实现了电子计算机自动和半自动控制，因而大大提高了定量分析的速度。
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