透射电子显微学（TEM）是一门探索电子与固态物质结构相互作用的科学。

透射电子显微镜与光学显微镜的成像原理基本一样，所不同的是前者用电子束作光源，用电磁场作透镜。由电子枪发射出来的电子束，在真空通道中沿着镜体光轴穿越聚光镜，通过聚光镜将之会聚成一束尖细、明亮而又均匀的光斑，照射在样品室内的样品上，透过直径为Ø3mm样品的薄区后的电子束携带有样品内部的结构信息，经过物镜的会聚调焦和初级放大后，电子束进入下级的中间透镜和第1、第2投影镜进行综合放大成像，最终被放大了的电子影像投射在观察室内的荧光屏板上；荧光屏将电子影像转化为可见光影像以供使用者观察。透射电子显微镜把人眼睛的分辩能力从大约0.2 mm拓展至埃米量级（1Ǻ)，大大增强了人们观察世界的能力。电子显微术开始于上世纪30年代，经过几十年的不断发展和完善，现在其主要方法包括选区电子衍射（SAED）、衍射衬度分析、汇聚束衍射（CBED）、高分辨分析（HREM）、微区成分分析（EDS、EELS）及Z衬度分析，同时还包括电子全息分析和电子结构分析等。电子显微术主要用于分析材料内部的微观结构和成分分析，现在已经成为材料、凝聚态物理、半导体电子技术、化学、生物、地质等多学科的非常重要的研究手段。

随着科技的发展，人们对透射电子显微镜的使用要求越来越高，透射电镜仍在不断发展。常规的透射电镜的球差系数Cs和色差系数Cc分别约为mm级，德国科学家利用计算机技术实现了对磁透镜进行球差矫正，可以实现零球差，以及负球差，从而大大提高了透射电镜的空间分辨本领，通过在电子束照明光源上加装单色仪，可以大大提高电镜的能量分辨率，目前的最高点分辨率得到大大提高，可以达到亚埃级别(<1Ǻ)。观察样品中的单个原子像，始终是科学界长期追求的目标。人们预测，当材料的尺度减少到纳米尺度时，其材料的光、电等物理性质和力学性质可能具有独特性。因此，纳米颗粒、纳米管、纳米丝等纳米材料的制备，以及其结构与性能之间关系的研究成为人们十分关注的研究热点。由于电子显微镜的分析精度逼近原子尺度，所以利用场发射枪球差校正透射电镜，用直径为0.13nm的电子束，不仅可以采集到单个原子的Z-衬度像，而且还可采集到单个原子的电子能量损失谱。即电子显微镜可以在原子尺度上可同时获得材料的原子和电子结构信息。利用球差校正电子显微镜还可以对缺陷如位错的核心进行成像，对人们重新认识缺陷对性能的影响提供帮助。

通过样品台的设计，可以在透射电镜下对材料进行加热，通电和外加应力等等，实现对材料在实际服役条件下的行为的观察，从而为人们设计材料、改良材料提高更加直接的证据。通过对透射电镜的真空进行改进，可以在透射电镜下对样品通气氛，观察材料与气体分子的反应，实现化学反应的原子尺度的观察，也可实现固体材料与液体的反应过程的观察。

总之，透射电子显微镜的功能越来越强大，应用越来越广泛。