W naturze człowieka leży dążenie do poznania rzeczywistości. Pierwszym etapem było odkrywanie świata w skali makro, które pozostawiało jednak zbyt wiele niewiadomych. Dzięki wynalezieniu pierwszego mikroskopu pojawiła się szansa zauważenia tego, co niewidoczne dla ludzkiego oka. Miało to miejsce w XVI wieku, kiedy to bracia Janssen stworzyli prosty układ optyczny pozwalający na dziesięciokrotne powiększenie obserwowanego obiektu. To odkrycie zapoczątkowało trwający po dziś dzień rozwój mikroskopii.

A gdyby zastąpić światło elektronami? Przez wieki wynalazcy udoskonalali mikroskopy świetlne ale prawdziwy przełom nastąpił dopiero w 1924 roku, kiedy to Louise de Broglie w Badaniach nad teorią kwantową zaprezentował teorię o falowych właściwościach cząstek (fale de Broglie’a). Polegała ona na alternatywnym sposobie obrazowania obiektów materialnych, które mogą być opisywane zarówno jako zbiór cząsteczek, jak i fal. Hipoteza ta zapoczątkowała nową erę mikroskopii.

W Berlinie w roku 1931 Ernst Ruska wraz z Maksem Knollem stworzyli pierwszy mikroskop elektronowy. Światło zostało zastąpione wiązką elektronów, a soczewki cewkami magnetycznymi, co dało możliwość uzyskania 400-krotnie wyższych powiększeń w porównaniu z mikroskopami świetlnymi. Ta technika pozwoliła stworzyć dwa typy mikroskopów. Pierwszym z nich jest transmisyjny mikroskop elektronowy (ang. Transmission Electron Microscope, TEM), pozwalający na analizę bardzo cienkich preparatów (0.1 μm). Ograniczenia co do grubości badanego materiału wynikają ze sposobu działania mikroskopu, a mianowicie w momencie gdy na powierzchnię badaną pada wiązka elektronów, to część z nich jest odbita, a część przechodzi na drugą stronę, dając obraz badanej próbki. Drugim typem mikroskopu jest skaningowy mikroskop elektronowy (ang. Scanning Electron Microscope, SEM), dzięki któremu można analizować preparaty o bardzo zróżnicowanej grubości. Wymogiem jednak jest konieczność przewodzenia przez nie prądu elektrycznego przynajmniej na powierzchni preparatu. W tym celu próbki pokrywa się najczęściej cienką warstwą materiału przewodzącego tj. złota lub węgla. Dodatkowo badany preparat musi być uziemiony w celu odprowadzania nadmiaru ładunków elektrostatycznych. O SEMie słów kilka Skaningowe mikroskopy elektronowe są kompleksowymi urządzeniami, w skład których wchodzi: działo elektronowe, układ soczewek elektromagnetycznych (kondensory i cewki skaningowe), obiektyw, detektory, układ analizujący zebrane informacje i pompy wytwarzające próżnię. Te wszystkie komponenty nadają mikroskopom skaningowym dość pokaźne rozmiary, przez co często wymagają one oddzielnych pomieszczeń i sporej przestrzeni do pracy.

Działo elektronowe jest odpowiedzialne za wytwarzanie wiązki elektronów, która może być emitowana w wyniku termoemisji (ang. Thermionic Emission Gun, TEG) lub emisji polowej (ang. Field Emission Gun, FEG). Termoemisja polega na podwyższeniu temperatury katody (filamentu) do ok. 2500°C. Zjawisko to jest najczęściej stosowane w działach elektronowych. Strumień wybitych elektronów jest skupiany przez elektrodę Wehnelta o ujemnym ładunku i kierowany w stronę anody. W SEMie soczewki optyczne zastąpiono soczewkami magnetycznymi, które pozwalają ogniskować pierwotną wiązkę elektronów. Następnie ulega ona odchyleniu przez cewki odchylające. Ostatecznie wiązka elektronów skupiana jest przez soczewki obiektywu, nadające jej średnicę, zależną od użytego działa elektronowego (od 20 μm do 5 nm). By uzyskać silne soczewki magnetyczne (o krótkiej ogniskowej), konieczne jest zwiększenie gęstości linii pola magnetycznego.

Detektor jest odpowiedzialny za wykrywanie elektronów wtórnych emitowanych przez preparat. Padają one na scyntylator, znajdujący się na końcu detektora, wytwarzając przy tym światło. Sygnały świetlne wyłapywane są przez fotopowielacz, który zamienia je na sygnał elektryczny. Przesyłany jest on do jednostki analizującej dane, którą jest komputer z odpowiednim oprogramowaniem. Dane wyświetlane są w postaci obrazu analizowanej próbki na monitorze.

Dodatkowym podzespołem elektronowego mikroskopu skaningowego jest pompa próżniowa, konieczna do wytworzenia odpowiedniego ciśnienia w przedziale od 10-3 do 10-4 Pa w komorze z próbką, aby elektrony nie ulegały rozproszeniu w powietrzu.