透射电镜下看到的原子像的物理意义是什么？成像的本质是衬度，衬度的本质是黑白。所谓TEM，就是一个放大镜叠加了一台照相机。这台放大镜的放大倍数比较高，可高达一百万倍。当然，抛开分辨率谈放大倍数都是耍流氓，那么，TEM的分辨率有多高呢？答案是 it depends。一般来说，TEM的分辨率要在1到2个纳米，STEM更高，但是STEM得成像技术类似于SEM，但用的不是二次电子。
世界上第一台TEM构建于1931年，这可能是量子力学成立以来的首个对量子力学原理的直接人工利用。德布罗意1924年提出的波粒二象性，1929年获得了诺奖，而仅仅不到十年，把电子作为波来看待的观念就已经应用了起来。运动的电子波长极短，在10-10m这个数量级，所以用电子波作为光源所能达到的分辨率，理论上说，形成原子的像是妥妥的。
然而实际上，形成原子的像是极其困难的，究其原因，是因为TEM里面的物镜太难以达到完美。
不完美透镜导致的直接结果就是引入了让显微学者最头疼的球差。电子的聚焦是靠洛伦兹力来实现的，在洛伦兹力的作用下，电子以旋进的方式聚焦。在TEM里有一条光轴，就和光学显微镜中的光轴一样，偏离光轴时，透镜对光的聚焦能力和靠近光轴的聚焦能力是不同的。
简单的说就是磁透镜在聚焦偏离光轴的电子时聚焦的太厉害了，导致偏离光轴的电子束提前在光轴上完成聚焦，也就是说实际聚焦点在光轴上面连成了一条线，当这些聚焦的电子束在散开去像平面成像的时候，本来应该是一个很小的斑，此时变成了一个很大的斑。
大多数情况下，我们所用TEM的称度就是质厚称度。直观上，质量大的东西，厚度厚的地方，阻碍电子的能力就比较强，从而形成称度。
基于此，向原子方面想，原子序数大的，由于核外电子比较多，所以对入射电子的散射也会比较强，这个就是所谓的Z称度，STEM基于此就可以实现了单原子的成像，这个是真正的原子像，更本质的说，应该是原子的统计学成像，因为我们知道，真正的原子是不停的振动着的，STEM无法分辨晶格振动，所以成像所看到的是原子位置的期望值。
我们一般用的TEM mode就是明暗场像，由于球差的作用很强，而且如果要形成真正意义上的原子像的话，色差，像散以至于慧差，在5个埃左右会严重减弱分辨率，所以通常的TEM是无法形成原子像的。但是当放大倍数到达一定程度的时候，我们的图像会出现相位称度。
所谓相位衬度，就是电子波在经过样品的时候相位产生了调制，相位称度其实本质上是由衍射引起的，严格意义上，相位称度和衍射称度是一样的，所以在形成高分辨像的时候要避免用物镜光阑。