Ett optiskt mikroskop, som använder synligt ljus, kan inte lösa föremål som är mindre än cirka 0,2 mikrometer (μm) på grund av de begränsningar som ljusets våglängd medför. Atomer är på skalan av några tiondelar av en nanometer (nm), vilket är ungefär tusen gånger mindre än upplösningsgränsen för ett optiskt mikroskop. Därför kan ett optiskt mikroskop inte användas för att se atomer.

För att se atomer behöver man använda ett mikroskop som använder en stråle av partiklar med mycket kortare våglängd än synligt ljus. Ett sådant mikroskop är scanning tunneling microscope (STM), som använder en vass metallspets för att skanna ytan på ett material. Spetsen är placerad mycket nära ytan och en spänning appliceras mellan spetsen och provet. Detta gör att en tunnelström flyter mellan spetsen och provet, som kan användas för att skapa en bild av ytan. STM kan uppnå en upplösning på en bråkdel av en nanometer, vilket gör att den kan avbilda enskilda atomer.

En annan typ av mikroskop som kan användas för att se atomer är transmissionselektronmikroskopet (TEM). TEM använder en stråle av elektroner som accelereras till mycket höga energier, vilket gör att den kan uppnå en upplösning på några pikometer (pm), vilket är ungefär lika stort som en atom.