SEM掃描電鏡是利用電子束代替可見光作為探針，利用電磁透鏡代替光學透鏡聚集和控制電子束，聚集電子束在樣品上掃描，激發(fā)某種物理信號來調(diào)制一個同步掃描的顯像管在相應位置的亮度而成像。SEM的電子槍發(fā)出的電子束經(jīng)過柵極靜電聚焦成點光源，然后在加速電壓的作用下經(jīng)過光學電子系統(tǒng)匯聚成直徑幾納米的電子束聚焦到樣品的表面，在末級透鏡上掃描線圈的作用下，電子束在樣品的表面掃描。

　　由于高能電子束與試樣物質(zhì)發(fā)生相互作用產(chǎn)生各種信號，如二次電子、背散射電子、吸收電子、X射線、俄歇電子等，經(jīng)接收器、放大器輸送到顯像管的柵極上調(diào)制顯像管的亮度。由于樣品表面的形貌及元素組成不同，在電子束的轟擊下能發(fā)出強度不等的信號，通過解析便能得到樣品表面的形貌不同元素的分布情況。掃描電鏡的分辨率大概在幾納米，擁有較大的景深。

　　SEM掃描電鏡主要由電子光學系統(tǒng)、信號收集及顯示系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。電子光學系統(tǒng)包括電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室等。電子槍主要是提供高質(zhì)量的電子源，一般有鎢燈絲、六硼化鋪燈絲和場發(fā)射電子槍幾類。電磁透鏡主要是把電子槍的束斑縮小，由幾十微米縮小成數(shù)納米。掃描線圈主要用來提供入射電子束在樣品表面上以及陰極射線管內(nèi)的電子束在熒光屏上的同步掃描信號。樣品臺要能三維移動和一定角度的傾斜和旋轉(zhuǎn)。整個電子光學系統(tǒng)都要保持在起高真空條件下。信號收集及顯示系統(tǒng)主要是檢測樣品在入射電子作用下產(chǎn)生的物理信號，然后經(jīng)視頻放大作為顯像系統(tǒng)的調(diào)制信號，大致可分為：電子檢測器、陰極熒光檢測器和X射線檢測器三類。