透射電子顯微鏡（transmission electron microscope, TEM）是利用透射電子成像，因而要求樣品薄（加速電壓100kV時，樣品厚度不能超過100nm）。其結構包括三大部分：電子學系統、真空系統和電子光學系統。電子光學系統提供電子束，在高真空條件下照射到樣品上，經過成像系統中的物鏡成像，再經過中間鏡和投影鏡的進一步放大，獲得的圖像記錄在CCD上。TEM使用油擴散泵（Diffuse Pump）來實現高真空。由于油擴散泵的啟動和關閉都需要30分鐘，導致TEM開機和關機都至少需要30分鐘。TEM發射出的高能電子束轟擊到光路元器件上以及樣品上，會產生以X-ray為主的等等其他射線輻射，因此建議孕婦等過敏性體質者盡量避免接觸TEM。
由于平臺現有TEM的加速電壓為100kV，是一臺生物電鏡，因此無法滿足材料科學上要求的高放大倍數（30萬倍以上）、高分辨、衍射花樣等實驗要求，有這方面需求的科研人員請與武大、地大等單位聯系。

TEM是研究結構生物學的有力工具。除了電鏡之外，現在尚沒有一種儀器能使人們用肉眼直接觀察到亞細胞結構、蛋白大分子（直徑20nm以上）的排列結構形態。利用電鏡觀察超微結構的形態和位置，可以研究解o部分形態和功能的問題。

TEM是研究超微結構的工具之一，但它存在一些缺點：（1）TEM的價格昂貴，維護費用及其配件、耗材都在幾百甚至上千美元以上。（2）TEM的維護和使用均要求較高的技術，也是一個精細、繁瑣的過程。TEM每3天要做一次維護和電子光路調整，每次調整和維護至少需要2個小時。（3）TEM不能像光鏡那樣隨時可用，受到很多限制。TEM放大倍數有很多，再加上切片的限制，因此無法實現始終同一放大倍數的拍攝。（4）TEM樣品置于真空中，因此對活體標本的觀察是不可能的。（5）TEM樣品取材及制備存在局限性。TEM取材要求只有1mm3大小塊狀，而且觀察面更小，如果把一個厚6μm的細胞核切成60nm的超薄切片，可以且100張，而一般光鏡的石蠟切片厚度即為6μm。如果要得到一張光鏡樣品切片的信息，就不得不記錄下100張超薄切片的信息，工作量就要增加了100倍。（6）TEM的觀察視野較小，只有6μm×9μm，當放大10 000倍時，要想記錄1 mm2的標本信息，就需要拍攝18 500張照片。因此在進行電鏡觀察研究時，必要有選擇性、有代表性地嚴格選擇樣品。
使用TEM前，首先要樹立一個概念：TEM不是光鏡的再放大，TEM的研究對象不是組織，而是細胞器，是以細胞為整體研究細胞內部結構的工具。組織切片能解決問題的沒有做TEM的必要！