La microscopía electrónica de transmisión (TEM) es una tecnología de formación de imágenes en la que haces de electrones atraviesan muestras de secciones muy finas. A medida que los electrones se transmiten a través de la muestra e interactúan con su estructura, se resuelve una imagen que se amplía y se enfoca en un medio de imagen, como una película fotográfica o una pantalla fluorescente, o que se captura con una cámara CCD especial. Debido a que los electrones utilizados en la microscopía electrónica de transmisión tienen una longitud de onda muy pequeña, los TEM pueden obtener imágenes a resoluciones mucho más altas que los microscopios ópticos convencionales que dependen de haces de luz. Debido a su mayor poder de resolución, los TEM juegan un papel importante en los campos de la virología, la investigación del cáncer, el estudio de materiales y en la investigación y el desarrollo de microelectrónica.
El primer prototipo de TEM se construyó en 1931 y, en 1933, se había demostrado una unidad con un poder de resolución mayor que la luz utilizando imágenes de fibras de algodón como muestra de prueba. Durante las siguientes décadas, las capacidades de obtención de imágenes de la microscopía electrónica de transmisión se perfeccionaron, haciendo que la tecnología fuera útil en el estudio de muestras biológicas. Tras la introducción del primer microscopio electrónico en Alemania en 1939, la Segunda Guerra Mundial retrasó los desarrollos posteriores, en la que un laboratorio clave fue bombardeado y dos investigadores murieron. Después de la guerra, se introdujo el primer microscopio electrónico con un aumento de 100k. Su diseño fundamental de múltiples etapas todavía se puede encontrar en la microscopía electrónica de transmisión moderna.
A medida que la tecnología TEM maduró, en la década de 1970 se perfeccionó una tecnología relacionada, la microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM). El desarrollo de la pistola de emisión de campo y una lente de objetivo mejorada permitió la obtención de imágenes de átomos utilizando STEM. Gran parte del desarrollo de la tecnología STEM se debió a los avances en la microscopía electrónica de transmisión.
Los TEM generalmente incorporan tres etapas de lente: la lente de condensación, la lente del objetivo y la lente del proyector. El haz de electrones primario está formado por la lente de condensación, mientras que la lente del objetivo enfoca el haz que pasa a través de la muestra. La lente de proyección expande el haz y lo proyecta sobre el dispositivo de imágenes, como una pantalla electrónica o una hoja de película. Se utilizan otros lentes especializados para corregir las distorsiones del haz. El filtrado de energía también se usa para corregir la aberración cromática, una forma de distorsión causada por la incapacidad de una lente para enfocar todos los colores del espectro en el mismo punto de convergencia.
Si bien varios sistemas de microscopía electrónica de transmisión difieren en sus diseños específicos, tienen varios componentes y etapas en común. El primero de ellos es un sistema de vacío que genera el flujo de electrones e incorpora placas y lentes electrostáticas con las que el operador puede dirigir el haz. La etapa de muestra incluye esclusas de aire que permiten insertar el objeto a estudiar en la corriente. Los mecanismos en esta etapa permiten posicionar la muestra para una vista óptima. Se utiliza un cañón de electrones para «bombear» la corriente de electrones a través del TEM. Finalmente, una lente de electrones, que actúa de manera similar a una lente óptica, reproduce el plano del objeto.