由于電子顯微鏡的分析精度逼近原子尺度，所以利用場發射槍透射電鏡，用直徑為0.13nm的電子束，不僅可以采集到單個原子的Z-襯度像，而且還可采集到單個原子的電子能量損失譜。即電子顯微鏡可以在原子尺度上可同時獲得材料的原子和電子結構信息。觀察樣品中的單個原子像，始終是科學界長期追求的目標。一個原子的直徑約為1千萬分之 2-3mm。所以，要分辯出每個原子的位置，需要 0.1nm 左右的分辨率的電鏡，并把它放大約1千萬倍才行。人們預測，當材料的尺度減少到納米尺度時，其材料的光、電等物理性質和力學性質可能具有性。因此，納米顆粒、納米管、納米絲等納米材料的制備，以 及其結構與性能之間關系的研究成為人們十分關注的研究熱點。

利用電子顯微鏡，一般要在200KV 以上超高真空場發射槍透射電鏡上，可以觀察到納米相和納米線的高分辨電子顯微鏡像、納米材料的電子衍射圖和電子能量損失譜。如，在電鏡上觀察到內徑為0.4nm 的納米碳管、Si-C-N 納米棒、以及Li 摻雜Si 的半導體納米線等。

在生物醫學領域，納米膠體金技術、納米硒保健膠囊、納米級水平的細胞器結構，以及納米機器人可以小如細菌，在血管中監測血液濃度，清除血管中的血栓等的研究工作，可以說都與電子顯微鏡這個工具分不開。總之：

掃描電鏡、透射電鏡在材料科學特別納米科學技術上的地位日益重要。穩定性、操作性的改善使得電鏡不再是少數專家使用的高級儀器，而變成普及性的工具；更高分辨率依舊是電鏡發展的最主要方向；掃描電鏡和透射電鏡的應用已經從表征和分析發展到原位實驗和納米可視加工；聚焦離子束(FIB)在納米材料科學研究中得到越來越多的應用；FIB/SEM雙束電鏡是目前集納米表征、納米分析、納米加工、納米原型設計的大工具；矯正型STEM (Titan)的目標：2014年實現0.5Å分辨率下的3D結構表征。