掃描電子顯微鏡的運行依托特定原理。電子槍發射出直徑 50 微米的電子束，在加速電壓助力下，經磁透鏡系統匯聚，變為直徑僅 5 納米的電子束，并聚焦于樣品表面。隨后，在第二聚光鏡與物鏡間偏轉線圈作用下，電子束在樣品表面呈光柵狀掃描。與此同時，設備同步探測入射電子與樣品相互作用后，從樣品表面散射出的電子和光子，以此獲取材料的表面形貌與成分信息。其中，從材料表面散射出的二次電子能量普遍低于 50 電子伏特，多數在 2 - 3 電子伏特左右。由于二次電子能量低，只有樣品表層產生的二次電子能逸出表面，逃逸深度僅幾個納米。這些信號電子被探測器收集后轉換為光子，再經電信號放大器處理，最終在顯示系統成像。

其測試對樣品有明確要求，粉體樣品需準備約 5 毫克，塊體樣品長寬高應小于 10 毫米，若樣品導電性欠佳，建議進行噴金處理。

SEM 具備諸多優勢，可測量尺寸在 5 - 10 毫米的塊體樣品，放大倍數在 30 - 100 萬倍之間，分辨率能達 1 納米，適用于斷面和粗糙表面的觀察分析，所成圖像立體感與真實感強，便于識別解析樣品，且樣品制備方法簡便。不過，它也存在局限性，樣品必須具備導電性或經過導電性處理，且需在高真空環境下開展測試。

透射電子顯微鏡的工作原理基于電子與物質的相互作用。電子束經加速聚焦后，照射在極薄的樣品上，電子與樣品中的原子相互作用發生散射，改變運動方向，散射角度與樣品的密度、厚度相關，從而在成像器件上形成明暗不同的圖像。在 STEM 模式下，聚焦電子束掃描樣品表面，位于樣品下方的探測器接收透射電子或彈性散射電子并放大，呈現明暗場像。

測試要求方面，粉體樣品需 5 毫克左右的納米級顆粒，塊體樣品則要通過離子減薄、FIB、電解雙噴等方法制備后才能進行測試。

TEM 可靠性較高，樣品使用量少，放大倍數為 50 - 200 萬倍，分辨率可達 0.1 - 0.2 納米。但它對樣品厚度要求嚴苛，通常需小于 100 納米，否則電子束難以穿透，同樣也需在高真空環境下測試。