由于电子的德布罗意波长非常短，透射电子显微镜的分辨率比光学显微镜高的很多，可以达到0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍。因此，使用透射电子显微镜可以用于观察样品的精细结构，甚至可以用于观察仅仅一列原子的结构，比光学显微镜所能够观察到的的结构小数万倍。TEM在中和物理学和生物学相关的许多科学领域都是重要的分析方法，如研究、病毒学、材料科学、以及纳米技术、半导体研究等等。
观察生物试样。因电子照射而发生试样的损伤和污染程度很小。同其他方式的电子显微镜比较，因为观察时所用的电子探针电流小（一般约为10- 10～10- 12A）电子探针的束斑尺寸小（通常是5 nm到几十纳米），电子探针的能量也比较小（加速电压可以小到2 kV），而且不是固定一点照射试样，噬菌体透射电镜技术服务，而是以光栅状扫描方式照射试样，因此，由于电子照射而发生试样的损伤和污染程度很小，这一点对观察一些生物试样特别重要。
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