המרכיבים העיקריים של מיקרוסקופ אלקטרונים הם:
מקור אלקטרונים: קתודה המשחררת אלקטרונים חופשיים ואנודה בצורת טבעת שמאיצה את האלקטרונים. הפרש המתח בין הקתודה לאנודה חייב להיות גבוה מאוד, בדרך כלל בין כמה אלפי ל-3 מיליון וולט.
אלקטרונים: משמש למיקוד האלקטרונים. בדרך כלל משתמשים בעדשה מגנטית, לפעמים משתמשים בעדשה אלקטרוסטטית. עדשת אלקטרונים פועלת באותו אופן כמו עדשה אופטית במיקרוסקופ אופטי. המיקוד של העדשה האופטית קבוע, בעוד שניתן לכוונן את המיקוד של עדשת האלקטרונים, כך שלמיקרוסקופ האלקטרונים אין מערכת עדשות זזה כמו המיקרוסקופ האופטי.
יחידת ואקום: יחידת הוואקום משמשת כדי להבטיח ואקום בתוך המיקרוסקופ, כך שהאלקטרונים לא ייספגו או יסטו בדרכם.
מחזיק מדגם: ניתן לייצב את המדגם במחזיק המדגם. בנוסף ישנם לעתים קרובות מכשירים שניתן להשתמש בהם כדי לשנות את הדגימה (למשל להזיז, לסובב, לחמם, לקרר, למתוח וכו').
גלאי: משמש לאיסוף אותות או אותות משניים מאלקטרונים. סוגים משתמשים במיקרוסקופיה אלקטרונית שידור
מיקרוסקופ (TransmissionElectronMicroscopyTEM) ניתן לקבל הקרנה ישירה של דגימה. בסוג זה של מיקרוסקופ אלקטרונים עוברים דרך הדגימה, כך שהדגימה חייבת להיות דקה מאוד. המשקל האטומי של האטומים המרכיבים את הדגימה, המתח שבו מואצים האלקטרונים והרזולוציה הרצויה קובעים את עובי הדגימה. עובי המדגם יכול להשתנות בין כמה ננומטרים לכמה מיקרונים. ככל שהמשקל האטומי גבוה יותר והמתח נמוך יותר, כך הדגימה חייבת להיות דקה יותר.
על ידי שינוי מערכת העדשות של עדשת האובייקטיב ניתן להגדיל ישירות את התמונה בנקודת המוקד של עדשת האובייקט. זה מאפשר לקבל תמונת עקיפה של אלקטרונים.
תמונת עקיפה. באמצעות תמונה זו, ניתן לנתח את מבנה הגביש של המדגם.
במיקרוסקופיה של אלקטרונים להעברת אנרגיה מסוננת (EFTEM) מודדים את השינוי במהירות האלקטרונים כשהם עוברים דרך המדגם. מכאן ניתן להסיק את ההרכב הכימי של הדגימה, כגון התפלגות היסודות הכימיים בתוך הדגימה.
