掃描電鏡的應用較為普遍，掃描電子顯微鏡原理是：通過光柵掃描技術來產生標本的放大圖像。它引導聚焦的電子束穿過樣品的矩形區域，當電子束通過時會產生能量損失。該能量會被轉換成熱、光、二次電子等能量同時反向散射電子。此時通過軟件系統進行翻譯轉換后得到清晰的標本圖像信息。從成像原理分析，掃描電子顯微鏡的分辨率會比透射電子顯微鏡的分辨率稍差。但它的優勢在于可以利用表面處理，創建大樣本的圖像，尺寸可達幾厘米，并且具有較大的景深。因此，來自 SEM 的圖像可以較好地表達樣品的真實形狀。
此外，一種稱為環境掃描電子顯微鏡 (ESEM) 的特定類型的 SEM 能夠對潮濕或包含在氣體中的樣品進行成像。這增加了顯微鏡可以使用的可使用范圍。