普通光学显微镜放大能力受制于光的波长。为了看到物体，物体的尺寸必须大于光的波长，否则光就会 “绕”道而行。因此光学显微镜的放大倍数很难超过2000倍。

1931年E.鲁斯卡和M.克诺尔创建了第一台透射式电子显微镜。透射电镜是以电子束透过样品经过聚焦与放大后产生的物像，投射到荧光屏上或照相底片上进行观察。投射电镜的分辨率为0.1~0.2mm，放大倍数为几万~几十万倍。由于电子易散射或被物体吸收，故穿透力低，必须制备更薄的超薄切片（通常为50~100mm）。其制备过程与石蜡切片相似，但要求极严格。要在机体死亡后的数分钟取材，组织块要小（1立方毫米以内），用特制的超薄切片机切薄，再进行电子染色。这样，电子束投射到样品时，可随组织构成成分的密度不同而发生相应的电子发射。

电镜的出现，使细胞结构的研究“柳暗花明”。在电镜下，学者们看到了细胞中还有在光镜下看不到的细胞器，而且，每一类细胞器都有自己严整的结构。