透射掃描電子顯微鏡是一種把經加速和聚集的電子束透射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度等相關，因此可以形成明暗不同的影像，影像在放大、聚焦后在成像器件(如熒光屏，膠片以及感光耦合組件)上顯示出來的顯微鏡。
透射掃描電子顯微鏡的工作原理是：透射電鏡和光學顯微鏡的各透鏡及光路圖基本一致，都是光源經過聚光鏡會聚之后照到樣品，光束透過樣品后進入物鏡，由物鏡會聚成像，之后物鏡所成的一次放大像在光鏡中再由物鏡二次放大后進入觀察者的眼睛，而在電鏡中則是由中間鏡和投影鏡再進行兩次接力放大后最終在熒光屏上形成投影供觀察者觀察。電鏡物鏡成像光路圖也和光學凸透鏡放大光路圖一致。
透射掃描電子顯微鏡具有分辨率高、可與其他技術聯用的優點，在材料學、物理、化學和生物學等領域有著廣泛地應用。材料的微觀結構對材料的力學、光學、電學等物理化學性質起著決定性作用。透射電鏡作為材料表征的重要手段，不僅可以用衍射模式來研究晶體的結構，還可以在成像模式下得到實空間的高分辨像，即對材料中的原子進行直接成像，直接觀察材料的微觀結構。在化學領域，原位透射電鏡因其超高的空間分辨率為原位觀察氣相、液相化學反應提供了一種重要的方法。利用原位透射電子顯微鏡進一步理解化學反應的機理和納米材料的轉變過程，以期望從化學反應的本質理解、調控和設計材料的合成。
