Hareketli elektronların dalgalı doğası, ilki 1932 yılında yapılan elektron mikroskobunun temelin oluşturur. Herhangi bir optik aygıtın kırınım yüzünden sınırlanan, ayırma gücü, deneği aydınlamakta kullanılan her ne ise, onun dalga boyu ile orantılıdır.

Görünen ışık kullanan iyi bir mikroskopta, en büyük faydalı büyülte 500 x civarındadır, daha büyük büyültmeler daha büyük görüntüler verir fakat daha fazla ayrıntı vermez. Halbuki hızlı elektronların dalga boyları görünen ışığınkinden çok kısa olup bunlar yükleri dolayısıyla elektrik ve manyetik alanlarla kolayca kontrol edilebilirler. X ışınlarının da dalga boyları kısadır fakat onları yeterince odaklamak (henüz) mümkün değildir.

Bir elektron mikroskobunda, akım taşıyan bobinler manyetik alanlar oluşturur. Bu alanlar mercek gibi davranarak elektron hüzmesini deneğin üstüne odaklarlar ve daha sonra bir floresan ekran veya fotoğraf plakası üzerinde büyütülmüş bir görünü oluştururlar. Hüzmenin saçılmasını ve bu yüzden görüntünün bulanıklaşmasını engellemek amacıyla, ince bir denek kullanılır ve tüm sistemin havası boşaltılır.

Manyetik "mercekler" in teknolojisi, pratikte, elektron dalgalarının kuramsal ayırma gücüne ulaşmasına izin vermez. Örneğin, 100 keV'luk elektronların dalga boyu 0.0037 nm'dir. Fakat bunların bir elektron mikroskobundaki ayırma gücü sadece 0.1 nm civarındadır. Fakat bu yinede bir optik mikroskobun -200 nm'lik ayırma gücüne göre büyük bir gelişedir. Elektron mikroskopları ile 1.000.000 x'in üstündeki büyütmelere erişilmiştir.