式电子显微镜的操作原理类似高架式投影机，将电子束对准于样品切片发射，穿透过的电子再用透镜投影于底片或电荷耦合元件。扫描电子显微镜用聚焦的电子束扫瞄过样品，就好像在显示器内一般。这两种电子显微镜的放大率可从100倍到1,000,000倍，甚至更高。应用量子穿隧效应，扫描隧道显微镜将电子从尖锐的金属针尖穿隧至样品表面。为了要维持稳定的电流，针尖会随着样品表面的高低而移动，这样，即可得到分辨率为原子尺寸的样本表面影像。
自由电子雷射.在自由电子雷射里，相对论性电子束会移动通过一对。每一个