Đặt một con bọ chét vào dưới kính lúp, rồi xê dịch kính lúp đến một khoảng cách thích hợp, bạn sẽ thấy được một con bọ chét lớn hơn vài lần so với trước. Thực ra, đó là ảnh của bọ chét đã được phóng to lên. Nếu có hai cái kính lúp, đặt chúng chồng lên nhau, và điều chỉnh đến một vị trí thích hợp để quan sát xem con bọ chét đó, ảnh của bọ chét sẽ trở nên lớn hơn nữa. Kính hiển vi quang học dùng trong phòng thực nghiệm sinh vật chính là lợi dụng nguyên lí này để chế tạo ra.
Trong kính hiển vi quang học có một cái ống không dài lắm, gọi là ống kính. Ở hai đầu và bên trong ống có lắp vài thấu kính pha lê thì trở thành kính phóng đại. Nói chung, càng nhiều thấu kính, ống kính càng dài, độ phóng đại sẽ càng lớn. Thế thì có thể tha hồ gia tăng con số thấu kính lên để tăng độ phóng đại hay không? Tuy rằng gia tăng con số thấu kính lên có nâng cao độ phóng đại, nhưng sự gia tăng đó sẽ gây nên sự hạ thấp chất lượng của ảnh, tức là ảnh phóng to trở nên lờ mờ không rõ, và không làm sao nhận ra được hình dáng chân thực của nó.
Để nâng cao độ phóng đại của kính hiển vi, người ta bỏ công sức nghiên cứu nhiều về cấu tạo của thấu kính và công nghệ mài pha lê v.v. Khi độ phóng đại đạt tới khoảng 2500 thì không còn cách gì nâng cao thêm được nữa. Đó là do kính hiển vi quang học phải dựa vào ánh sáng nhìn thấy để phản ánh ảnh vật. Nếu vật thể cần quan sát có kích thước cỡ bước sóng của ánh sáng nhìn thấy thì khi ánh sáng chiếu lên vật thể sẽ đi vòng qua, không nhận được ảnh do ánh sáng phản xạ tạo nên. Thế là chúng ta cũng không có cách gì xem xét được hình thái của vật thể.
Qua công cuộc nghiên cứu lâu dài, người ta phát hiện ra sóng electron. Vì electron có mang điện tích âm, khi nó bị điện cao áp hút mà sinh ra chuyển động cao tốc thì có tính chuyển động sóng như ánh sáng. Điện áp dương càng cao, tốc độ chuyển động của electron càng nhanh, bước sóng của nó càng ngắn. Khi điện áp dương là 50 kilovôn, bước sóng của sóng electron chỉ có 1/100.000 đến 1/180.000 của bước sóng ánh sáng nhìn thấy. Cho nên kính hiển vi được chế tạo theo cách lợi dụng sóng electron, năng lực nhận biết của nó cao hơn nhiều so với kính hiển vi quang học, có thể nâng cao độ phóng đại lên vài ngàn lần, thậm chí hơn một triệu lần. Loại kính hiển vi này gọi là kính hiển vi điện tử.
Kính hiển vi điện tử đơn giản nhất được cấu thành bởi súng electron, vật kính, kính chiếu hình và màn huỳnh quang v.v. Súng electron do sợi tóc đèn hình chữ V và một tấm kim loại ở giữa có lỗ nhỏ (dương cực) tổ hợp thành. Khi điện đi qua, tóc đèn nóng lên phóng ra các electron, chúng bị điện áp dương của dương cực hút thành chuyển động có gia tốc. Một bộ phận của electron cao tốc vụt qua cái lỗ ở giữa tấm kim loại dương cực, hình thành chùm electron. Vì nó có tính năng sóng electron nên tương tự như nguồn sáng của kính hiển vi quang học.
Có nguồn sáng rồi, còn cần phải có thấu kính phóng to. Thấu kính trong kính hiển vi điện tử là một loại thấu kính điện từ. Nó có hai tấm sắt có lỗ nhỏ đồng tâm và có mang cực từ khác nhau tổ hợp thành. Từ tính của nó do cuộn dây có điện xoay chiều đi qua sinh ra, cho nên gọi là thấu kính điện từ. Từ trường trong lỗ nhỏ có thể làm cho chùm electron sinh ra chuyển lệch. Điều đó tương tự với hiện tượng khúc xạ sinh ra khi tia sáng đi qua thấu kính thuỷ tinh. Cho nên nó giống với thấu kính thuỷ tinh, cũng có thể gây tác dụng phóng to. Khi chùm electron xuyên qua vật mẫu cần quan sát, thông qua vật kính và kính chiếu hình phóng to lên, sau cùng chiếu lên màn huỳnh quang và thể hiện ra ảnh vật. Độ phóng đại của thấu kính điện từ vô cùng lớn mạnh, có thể đạt vài trăm nghìn lần. Ba thấu kính điện từ có thể phóng to vật ảnh gấp 200 nghìn lần đến trên một triệu lần.
Do kính hiển vi điện tử có độ phóng đại cao siêu và khả năng phân tích rất nhanh, vì vậy nó được dùng rộng rã i trong các lĩnh vực như luyện kim, sinh vật, hoá học, vật lí, y học, v.v.