Eftersom objekten de studerade blev mindre och mindre, måste forskare utveckla mer sofistikerade verktyg för att se dem. Ljusmikroskop kan inte detektera föremål, som enskilda viruspartiklar, molekyler och atomer, som ligger under en viss tröskel av storlek. De kan inte heller tillhandahålla tillräckliga tredimensionella bilder. Elektronmikroskop utvecklades för att övervinna dessa begränsningar. De tillåter forskare att granska objekt som är mycket mindre än de som är möjliga att se med ljusmikroskop och ge skarpa tredimensionella bilder av dem.

Större förstoring

Storleken på ett objekt som en forskare kan se genom ett ljusmikroskop är begränsat till den minsta våglängden av synligt ljus, vilket är ungefär 0,4 mikrometer. Alla objekt med en diameter som är mindre än det kommer inte att reflektera ljuset och är därför inte synliga för ett ljusbaserat instrument. Några exempel på sådana små föremål är enskilda atomer, molekyler och viruspartiklar. Elektronmikroskop kan generera bilder av dessa saker eftersom de inte är beroende av ljus från det synliga spektrat som återspeglas av dem. I stället appliceras högenergielektroner på provet som ska studeras och beteendet hos dessa elektroner - hur de reflekteras och avböjs av objektet - detekteras och används för att generera en bild.

Förhöjd djup av fält

Ett ljusmikroskops förmåga att bilda en tredimensionell bild av extremt små föremål är begränsad. Detta beror på att ett ljusmikroskop endast kan fokusera på en nivå av utrymme åt gången. Titta på en relativt stor mikroorganism under ett sådant mikroskop visar denna effekt: Ett lager av organismen kommer att vara i fokus, men dess andra lager blir suddiga ur fokus och de kan även störa den fokuserade delen av bilden. Elektronmikroskop erbjuder ett större skärpedjup än ljusmikroskop gör, vilket innebär att flera tvådimensionella lager av ett föremål kan vara i fokus samtidigt, vilket ger en övergripande bild i tredimensionell kvalitet.

Förstoringsstyrningskontroll

Det typiska ljusmikroskopet kan zooma in på bara några diskreta nivåer. Till exempel kan vanliga högskoleklassrumsmikroskop förstora objekt i nivåer 10x, 100x och 400x, med inget däremellan. Det borde inte vara överraskande att det kan finnas mikroskopiska föremål som bäst ses vid 50x eller 300x förstoringar, men det skulle inte vara möjligt med ett sådant mikroskop. Elektronmikroskop, å andra sidan, erbjuder ett jämnt utbud av förstoringar. De kan göra detta på grund av arten av deras "linser", vilka är elektromagneter vars strömförsörjning kan justeras för att smidigt ändra de elektroniska banans banor mot detektorn för att bilda en bild.