电子显微镜的研制成功，不仅推动了电子光学理论的发展，更带动了凝聚态物理、材料科学、生命科学等领域的大踏步前进。
如20世纪30年代初就已经提出的晶体位错理论，一直苦于无法直接检验而不敢肯定这个结论;直至1956年剑桥大学卡文迪什实验室晶体学研究组的赫希教授在将Elmiskop-I型电镜移去双聚光镜的一个光阑使电子束照射面积增大且试样升温后，不仅看到了位错线，而且看到了位错线的滑移，更重要的是他们建立和完善了一整套薄晶体中结构缺陷的电子衍射动力学理论，成功地解释了薄晶体中所观察到的结构缺陷的衬度像，此后20多年晶体缺陷问题一直成为研究热点。
英国医学委员会分子生物实验室的克卢格博士把衍射原理与电子显微技术巧妙地结合起来，发展出一整套用电子计算机进行图像处理的方法，并应用此技术来研究核酸-蛋白质复合体，把对生物大分子的结构研究提高到一个新的水平(0.5~0.7纳米)，他也因此项工作而获得了1982年度诺贝尔化学奖。
1982年，电子显微技术发展史上又发生了一次重大革命，国际商业机器公司(IBM)瑞士苏黎世实验室的葛·宾尼和海·罗雷尔研制出世界上第一台扫描隧道显微镜(STM)。他们用铂做了一个电极，用腐蚀得很尖的钨针作另一电极，在两电极间小于2纳米的距离以内，改变钨针对铂片的距离，测得隧道电流随这距离的变化。
测量结果表明，隧道电流和隧道电阻随隧道间隙的变化非常敏感，隧道间隙即使只发生0.01纳米的变化，也能引起隧道电流的显著变化。这种携带原子结构的信息，输入电子计算机，经处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图像。
扫描隧道显微镜使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的理化性质，放大倍数可达3亿倍，分辨率高达0.01纳米，被国际科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一。
基于扫描隧道显微镜的基本原理，现在已发展起来一系列扫描探针显微镜(SPM)，如原子力显微镜(AFM)、磁力显微镜(MFM)、弹道电子发射显微镜(BEEM)、光子扫描隧道显微镜(PSTM)、扫描电容显微镜(ScaM)、扫描近场光学显微镜(SNOM)等。这些显微技术都是利用探针与样品的不同相互作用来探测表面或界面在纳米尺度表现出的物理性质和化学性质，成为纳米科技研究不可或缺的有力工具。