از زمان اختراع نخستین میکروسکوپ نوری توسط رابرت هوک در سال 1665 ، محققان با دستیابی دنیای شگفت انگیز میکروسکوپی، تمایل زیادی به مشاهده سطوح ریزتر با بزرگنمایی و قدرت تفکیک پذیری بالاترداشته اند. کشف محدودیت پراش در سال 1896 منجر شد دانشمندان با دیدگاهی واقع گرایانه تر به موضوع دستیابی به تصاویری با جزئیات دقیق در مقیاس های بسیار پایین تر بنگرند. لازم به ذکر است، اشعه ایکس نیز در سال 1895 توسط ویلهلم کنراد رونتگن کشف شد. در سال 1897 جوزف جان تامسون الکترون ها و همچنین منشاء نامعلوم اشعه های ایکس که شباهت زیادی به نور دارند را کشف نمود.اولین میکروسکوپ الکترونی عبوری در سال 1940 اختراع و به کارگیری الکترون ها در فرآیند مشاهده و تصویربرداری منجر به کاهش قابل توجه محدودیت پراش نوری شد.
درون دستگاه TEM به منظور دستیابی به قدرت تفکیک پذیری بسیار فراتر از نور، از منبع تولیدکننده الکترون استفاده می شود. برخلاف میکروسکوپ های نوری، تمام تجهیزات اصلی میکروسکوپ الکترونی عبوری درون خلاء فوق العاده بالا قرار گرفته است. تنها با استفاده از این نوع خلاء می توان الکترون ها را کنترل کرد. در این شرایط، از طریق اعمال قوانین فیزیک، دستیابی به تصویر نهایی با بزرگنمایی بسیار بالا و جزئیات کاملاً واضح امکانپذیر است. بیشتر نمونه های زیستی حاوی آب بوده و یا به صورت مایع در طبیعت و محیط زیست موجود هستند. در روش مرسوم آماده سازی نمونه های زیستی برای TEM ابتدا عملیات پایدارسازی با استفاده از مواد شیمیایی برای آنها انجام و سپس عملیاتی نظیر: آبگیری، نفوذدهی با حلال، نفوذدهی با رزین، قالب گیری، تهیه برش های بسیار نازک و رنگ آمیزی با فلزات سنگین اجرا می شوند.