Электронный микроскоп был создан по аналогии со световым, и в конструкции обоих приборов можно найти принципиально подобные устройства. Основное требование, предъявляемое к электронной микроскопии, заключается в возможности получения более высокого разрешения, чем это возможно при световой микроскопии. Именно поэтому в электронном микроскопе вместо светового потока используется поток электронов. Известно, что разрешение объектива светового микроскопа (возможность различить две соседние точки как отдельные) зависит от длины волны падающего света и связано с ней простой зависимостью: d ~ 0,61λ/n sinα, где d - расстояние между соседними точками (разрешение), λ - длина волны, n - коэффициент преломления среды, α - угол между оптической осью объектива и наиболее далеко отклоняющимся от оптической оси лучом, который еще попадает в объектив (величину nsina называют еще нумерической апертурой объектива). При использовании ультрафиолетового света с наиболее короткой длиной волны теоретически можно получить разрешение, примерно равное 150 нанометрам (нм) (1 нм = 10-9 м). На практике такое разрешение не достигается. При использовании видимой области спектра максимальное разрешение светового микроскопа не превышает 0,2-0,4 микрометра (мкм) (1 мкм = 10-6 м). Разрешение современных лазерных конфокальных микроскопов, которые позволяют проводить наблюдение в условиях очень тонкого оптического среза, т.е. на строго определенной глубине объекта, приближается к теоретическому. В любом случае световой микроскоп может увеличить разрешающую способность глаза не более чем в 1000 раз.
В электронном микроскопе вместо потока света используется поток электронов, длина волны которых много короче длины волны фотонов. Более того, длина волны электронов зависит от их скорости, и при обычно используемых в биологии ускоряющих напряжениях (75-150 кВ) в трансмиссионном электронном микроскопе теоретически можно получить разрешение около 0,002 нм. На практике в лучших моделях электронных микроскопов разрешение достигает величин, примерно равных 0,1 нм, что близко к величине химических связей атомов в молекулах. Однако возможность получения такого большого разрешения требует определенных условий подготовки образца и самой микроскопии. Многолетний опыт электронной микроскопии позволил разработать свои, отличные от световой микроскопии, методические подходы и модификации. Они касаются конструкции микроскопов, условий подготовки образцов, возможности исследовать с большим разрешением поверхность объектов, причем нередко не сами биологические структуры, а их слепки или реплики.