Transmissionselektronmikroskopi (TEM) är en avbildningsteknik där elektronstrålar passerar genom mycket tunt sektionerade prover. När elektronerna överförs genom provet och interagerar med dess struktur, upplöses en bild som förstoras och fokuseras på ett avbildningsmedium, såsom fotografisk film eller en fluorescerande skärm, eller fångas av en speciell CCD-kamera. Eftersom elektronerna som används i transmissionselektronmikroskopi har en mycket liten våglängd, kan TEM:er avbilda med mycket högre upplösningar än konventionella optiska mikroskop som är beroende av ljusstrålar. På grund av sin högre upplösningsförmåga spelar TEM en viktig roll inom områdena virologi, cancerforskning, materialstudier och inom mikroelektronikforskning och utveckling.
Den första TEM-prototypen byggdes 1931, och 1933 hade en enhet med en upplösningsförmåga större än ljus demonstrerats med bilder av bomullsfibrer som ett testexemplar. Under de kommande decennierna förfinades transmissionselektronmikroskopins avbildningsförmåga, vilket gjorde tekniken användbar vid studier av biologiska prover. Efter introduktionen av det första elektronmikroskopet i Tyskland 1939, försenades ytterligare utveckling av andra världskriget, där ett nyckellaboratorium bombades och två forskare dog. Efter kriget introducerades det första elektronmikroskopet med 100k förstoring. Dess grundläggande flerstegsdesign kan fortfarande hittas i modern transmissionselektronmikroskopi.
När TEM-tekniken mognade förfinades en relaterad teknologi, scanning transmission elektronmikroskopi (STEM), på 1970-talet. Utvecklingen av fältemissionspistolen och en förbättrad objektivlins möjliggjorde avbildning av atomer med hjälp av STEM. Mycket av utvecklingen av STEM-teknologin berodde på framsteg inom transmissionselektronmikroskopi.
TEM:er innehåller vanligtvis tre linssteg: kondenseringslinsen, objektivlinsen och projektorlinsen. Den primära elektronstrålen bildas av den kondenserande linsen, medan objektivlinsen fokuserar strålen som passerar genom provet. Den projicerande linsen expanderar strålen och projicerar den på bildanordningen, såsom en elektronisk skärm eller ett filmark. Andra specialiserade linser används för att korrigera strålförvrängningar. Energifiltrering används också för att korrigera kromatisk aberration, en form av distorsion som orsakas av en lins oförmåga att fokusera alla färger i spektrumet vid samma konvergenspunkt.
Medan olika transmissionselektronmikroskopisystem skiljer sig åt i sina specifika konstruktioner, har de flera komponenter och stadier gemensamma. Den första av dessa är ett vakuumsystem som genererar elektronströmmen och innehåller elektrostatiska plattor och linser med vilka operatören kan rikta strålen. Provstadiet inkluderar luftslussar som tillåter att föremålet som ska studeras förs in i strömmen. Mekanismer i detta skede tillåter positionering av provet för en optimal vy. En elektronpistol används för att ”pumpa” elektronströmmen genom TEM. Slutligen återger en elektronlins, som fungerar på samma sätt som en optisk lins, objektplanet.