眼睛是人类认识客观世界的第一架“光学仪器”，但它的能力却是有限的，通常认为人眼睛的分辨率为0.1 mm。17世纪初，光学显微镜（图1）出现，可以把细小的物体放大到千倍以上，分辨率比人眼睛提高了500倍以上，这也是人类认识物质世界的一次巨大突破。随着科学技术的不断发展，直接观察到原子是人们一直以来的愿望，电子显微学的出现为人们实现这一夙愿提供了可能。
随着电子显微学的不断发展和进步，透射电子显微镜（图2）的分辨率已经达到了亚埃量级，电子显微镜已经成为材料学领域不可或缺的表征手段。另外，电子显微学与纳米科学、生物学等的结合，使得电子显微镜的功能日渐扩大，同时它也促进了这些领域的飞速发展。
透射电子显微镜的起源与发展。透射电子显微镜起源于20世纪20~30年代。1924年，德布罗意提出了粒子具有波动性。
1926—1927年，Davisson、Germer以及Thompson Reid实验发现了电子衍射，从而证明了电子的波动性，因此想到可以用电子代替可见光来制作电子显微镜，以克服光波长对分辨率的限制。1926年，德国学者Busch提出采用轴对称的磁场有可能使电子聚焦，为电子显微镜的制作提供了理论依据。1933年，Ruska等人做出了世界上第一台透射电子显微镜。
1934年，电子显微镜的分辨率已经达到了500Å，Ruska也因此获得了1986年的诺贝尔物理学奖。1939年，德国西门子公司造出了世界上第一台商品透射电子显微镜（TEM），分辨率优于100 Å。之后，美国Arizona洲立大学物理系的Cowley教授等定量地解释了相位衬度像，即所谓高分辨像（高分辨TEM图像见图3），从而建立和完善了高分辨电子显微学的理论和技术。
高分辨电子显微术能够使大多数晶体中的原子列成像，目前高分辨电子显微术已经是电镜中普遍使用的方法，其分辨率已经达到了1~2 Å。
透射电子显微镜的应用。透射电镜具有分辨率高、可与其他技术联用的优点，在材料学、物理、化学和生物学等领域有着广泛地应用。材料的微观结构对材料的力学、光学、电学等物理化学性质起着决定性作用。
透射电镜作为材料表征的重要手段，不仅可以用衍射模式来研究晶体的结构，还可以在成像模式下得到实空间的高分辨像，即对材料中的原子进行直接成像，直接观察材料的微观结构。电子显微技术对于新材料的发现也起到了巨大的推动作用，D.Shechtman借助透射电镜发现了准晶，重新定义了晶体，丰富了材料学、晶体学、凝聚态物理学的内涵，D.Shechtman也因此获得了2011年诺贝尔化学奖。
透射电子显微镜的发展方向。目前，透射电子显微术有几个重要的发展方向。第一，分辨率的提升。分辨率一直是透射电镜发展的目标和方向，发展新一代单色器和球差校正器，进一步提高透射电镜的能量分辨率和空间分辨率，尤其是对低压电镜。第二，发展原位透射电镜技术。
原位透射电镜在材料合成、化学催化、生命科学和能源材料领域有着重要应用，可以通过在原子尺度下实时观察和控制气相反应和液相反应的进行，从而研究反应的本质机理等科学问题。第三，更加广泛的应用在生物大分子结构研究中。冷冻电镜在生物大分子结构研究中的广泛应用，将推动冷冻电镜技术的不断发展。冷冻电镜在生物学领域的应用越来越受到重视，成为连接生物大分子和细胞的纽带和桥梁。