La facilidad de enfocar partículas cargadas ha permitido el diseño de diferentes instrumentos para caracterizar materiales. El microscopio de transmisión opera con haces de electrones de energía por encima de los 100keV para irradiar muestras delgadas, lo que implica una importante reducción en la dispersión lateral de las trayectorias, permitiendo de este modo mejorar la resolución espacial. Sin embargo, en el llamado `modo transmisión' (TEM) el haz de electrones se desenfoca completamente para conformar un frente de ondas plano: si la dirección está bien definida, la componente transversal del impulso de los electrones es muy cercana a cero, de modo que la incertidumbre cuántica nos impide conocer la localización lateral de las partículas; es imposible entonces pretender análisis mediante rayos x, pues éstos provienen de toda el área irradiada. A un electrón de 200keV corresponde una longitud de onda de De Broglie de 0,02Å, aunque el sistema de detección sólo permite una resolución de algunos Å.
En el modo barrido (STEM) el haz se focaliza logrando una resolución 3 ó 4 veces mayor que en el modo TEM, aunque en este caso se cuenta con la posibilidad de realizar microanálisis mediante la detección de rayos x.
Muchos microscopios de transmisión permiten también la espectrometría de pérdida de energía de electrones (EELS), que se basa en la asociación de los saltos en el espectro de energías de los electrones transmitidos con las ionizaciones de capas atómicas internas. El avance que han tenido recientemente los detectores de electrones ha jerarquizado notablemente a esta técnica.
En otro ámbito, en lugar de mantener en alto vacío la cámara portamuestras
de una microsonda de barrido, la microsonda atmosférica (ESEM:
environmental scanning electron microscope) trabaja con presiones
relativamente altas (
130Pa), aunque el diseño permite
mantener el vacío en la columna. De este modo se pueden analizar materiales
que no soportan alto vacío, al tiempo que no se requiere de recubrimientos
metálicos en muestras no conductoras, pues el haz ioniza el gas de esa
atmósfera y no se acumula carga en la muestra.