In die 1930's het Ernst Ruska die eerste elektronmikroskoop gebou deur gebruik te maak van elektromagnetiese lense om die elektronbundel te fokus. Transmissie-elektronmikroskopie (TEM) is 'n regstreekse manier om makromolekulêre struktuur te bepaal. Dit het in die 1990's naby-atoomresolusie vir proteïenstrukture bereik. Die elektronkanon-, elektronlens- en elektronkamerastelsels word saam met die dun monsters in 'n vakuumkolom geplaas. Aangesien die elektrone wat vanaf die monster verstrooi word deur die objektieflens herenig word om 'n vergrote beeld te vorm, word die fase-inligting behou. Dus is geen bykomende eksperimente nodige om fase-inligting te verkry, soos in die geval van X-straalkristallografie nie. Die elektrongolflengte is ongeveer 0,5 nm, maar beperkings op elektronlensgehalte noodsaak die gebruik van klein openings wat die mikroskoopresolusie tot 10 nm beperk. Hierdie resolusie kan verkry word van moderne TEM'e van dun monsters wat sterk verstrooi en sensitief is vir elektronbundelskade. In die 1950's is die membraantopologie van selstrukture soos die mitochondrion eers op beeld vasgelê in dun snitte van vaste, gedehidreerde en ingebedde biologiese weefsel. Die snitte is met swaar metaalsoute gekleur om die proteïen- en lipiedstrukture sigbaar te maak.